DE1763609A1

DE1763609A1 - Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes einer Spannung

Info

Publication number: DE1763609A1
Application number: DE19681763609
Authority: DE
Inventors: Shingo Arase
Original assignee: Hoffman Electronics Corp
Current assignee: Hoffman Electronics Corp
Priority date: 1967-07-03
Filing date: 1968-07-03
Publication date: 1972-02-24
Also published as: FR1579676A; US3470451A; NL6809338A; GB1231433A

Description

zum Patentgesuch

der Firma Hoffman«'Electronics Corporation, Hoffman«" Electronic Park, El Monte, California, U. S. A.

betreffend:

"Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes einer Spannung"

Die Erfindung bezieht .sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes einer Spannung.

* Es sind viele unterschiedliche Schaltungen bekannt für die Erzeugung einer regulierten Spannung,deren Effektivwert oder Leistungsinhalt konstant ist und unbeeinflußt von den Änderungen einer Eingangsspannung. Ein solches Erfordernis liegt vor z.B. in Schaltkreisen, wo die Temperatur der Heizung einer Elektronenröhre konstant gehalten werden muß. Die meisten derartigen Schaltkreise umfassen relativ komplizierte Rückkopplungsschaltungen und Filter, um eine relativ brummfreie Gleichspannung zu erzeugen. Derartige Schaltkreise sind kostspielig und die Filterkondensatoren, die erforderlich sind, sind schwer und klobig und deshalb für viele Anwendungszwecke unerwünscht.

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Die vorliegende Erfindung macht mit Vorteil Gebrauch von der Tatsache, daß die an eine konstante Belastung abgegebene Leistung, beispielsweise bei einer Röhrenheizung, unbeeinflußt ist von der Wellenform der Speiseströme und nur beeinflußt wird von deren Energieinhalt. Dieser konstante Energieinhalt oder Effektivwert einer gleichgerichteten Spannung kann konstant gehalten werden, indem die Fläche« unter den Spannungshalbzyklen gleichgemacht werden durch Reduzieren des Spitzenwertes jedes Halbzyklus, der allerdings zuzunehmen sucht, wenn die Eingangsspannung zunimmt. Diese Idee wird gemäß der Erfindung verwirklicht durch eine Gleichrichterschaltung, an die die ungeregelte Spannung anlegbar ist, und deren Ausgang über die gesteuerte Strecke einer Steuerschaltung mit der Ausgangsklemme für die geißelte Spannung verbunden ist, welche Steuerschaltung eine Klemme zum Anliegen eines Steuerpotentials aufweist, durch eine Umkehrschaltung zur Erzeugung einer Spannung, die der von der Gleichrichterschaltung aus der ungeregelten Spannung erzeugten Spannung entgegengerichtet ist und durch eine Kopplung zwischen der Ifinkehrschaltung und der Steuerpo* tentialklemme für die Änderung von deren Potential in Abhängigkeit von Änderungen der ungeregelten Eingangsspannung·

Mit anderen Worten, die Amplitude»der ins Negative gehenden Halbzyklen, werden benutzt, um den Bezugspunkt einer Steuerschaltung zu ändern, beispielsweise unter Benutzung einer Zenerdiode, die die Basisspannung eines Serientransistors steuert. Wenn die Eingangsspannung zunimmt, verschiebt der ins Negative gehende Halbzyklus die Bezugspegellinie, an die die Zenerdiode geklemmt 1st, nach unten, so daß die Basis des in Serie geschalteten Transistors in ihrem Potential herabgesetzt

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wird und infolgedessen auch der Punkt, an dem das Abschneiden der Spannung erfolgt.

Die Erfindung soll folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung im einzelnen erläutert werden.

Pig, 1 zeigt «nematisch das Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
und

Fig. 2 zeigt die Ausgangskurvenform der Schaltung nach Pig, I.

Fig. 1 zeigt«nematisch das Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und Fig. 2 illustriert das Ausgangssignal nach Schaltung der Fig.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung, die in Fig. 1 dargestellt ist, wird die Eingangswechselspannung den Eingangsklemmen 10 und 12 zugeführt, an die die Primärwicklung 14 eines Transformators 16 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 16 besitzt eine Mittelanzapfung!die an Masse gelegt ist, während ihre Endanschlüsse mit Dioden 20 und 22 verbunden sind, die als Vollwellengleichriehter dienen. Der Verbindungspunkt der Dioden 20 und 22 ist über einen Widerstand 2*i mit dem Emitter eines PNP-Leistungstransistors 26 verbunden, dessen Kollektor mit einer Ausgangsklemme 28 verbunden ist; die andere Ausgangsklemme 30 ist an Masse gelegt.

Die Basis des Transistors 26 ist mit dem Kollektor eines NPN-Treibertransistors 32 verbunden, dessen Emitta? ebenfalls mit der Ausgangsklemme 28 verbunden ist.

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Die Basis des Transistors 32 ist mit dem Verbindungspunkt 35 eines Widerstandes 34 und einer Diode 36 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 34 ist an eine Quelle positiven Potentials gelegt, während die Kathode der Diode 36 mit einer Zenerdiode 38 verbunden ist. Die Zenerdiode 38 ist über einen Widerstand 40 an Masse gelegt.

Der Verbindungspunkt 39 der Zenerdiode 38 mit dem Widerstand 40 ist mit einem anderen Widerstand 42 verbunden, dessen anderer Anschluß über ein Diodenpaar 44 und 46 mit dem oberen bzw. unteren Anschluß der Sekundärwicklung 18 verbunden ist. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 42 mit den Dioden 44 und 46 ist ebenfalls über einen Kondensator 48 an Masse gelegt.

Die Spannungsregelung wird wie folgt erreicht: Es sei angenommen, daß das obere Ende der Sekundärwicklung 18 ins Positive geht. Infolgedessen fließt ein Strom durch die obere Hälfte der Wicklung 18, die Diode 20, den Widerstand 24 und den Transistor 26 zum Ausgang und dann zurück durch die Mittelanzapfung der Transformatorwicklung. Die Leitfähigkeit des Transistors 26 wird von dem Transistor 32 gesteuert, der seinerseits von der Spannung gesteuert wird, welche an dem Verbindungspunkt 35 zwischen dem Widerstand 34 und der Diode 36 erscheint« I Infolge Vorhandenseins der Zenerdiode 38 liegt die Spannung am Verbindungspunkt 35* um einen bestimmten Wert oberhalb der Spannung am Verbindungspunkt 39 Je nach der Auswahl der Zenerdiode 38· Das Potential am Emitter des Transistors 32 folgt seinem Basispoetential und wird demgemäß bestimmt durch das Potential am Verbindungs- ; ρunkt35. Wenn die Eingangsspannung die Basisspannung des 1' Transistors 32 erreicht, d.h. die Baisspannung des Tran- "''■'

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sistors 26, hört der Transistor 26 auf zu leiten. Dies ist durch die Kurve 50 in Fig. 2 angedeutet. Der gestrichelte Abschnitt dieser Kurve stellt die Eingangsspannung dar.

Die Spannung am Verbindungspunkt 39 hängt von der Höhe der Eingangsspannung ab. Es sei immer noch angenommen, daß das obere Ende der Sekundärwicklung 18 des Transformators 16 positiv ist und man erkennt, daß ein Strom von der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 18 durch den Widerstand 40, den Widerstand 42 und durch die Diode 46 zurück zum unteren Ende der Sekundärwicklung 18 fließt, und daß die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung negativ ist bezüglich der Spannung am oberen Ende der Sekundärwicklung und daß deshalb der Spannungsabfall über dem Spannungsteiler, besteiend aus den Widerständen 40 und 42, eine negative Spannung bildet, d.h. unterhalb Massepotential. Die Spannung an Verbindungspunkten 90 hängt ab vom Wert der Widerstände 4o und 42 sowie von der Höhe der Eingangsspannung.

Wenn die Eingangsspannung zunimmt, wird die Spannung am Verbindungspunkt 39 mehr negativ, d.h. weiter unter Massepotential absinken. Da die Spannlung am Punkt 35 um einen vorgegebenen Betrag oberhalb der am Punkt 39 liegt, verursacht ein Absinken am Punkt 39 ein entsprechendes Absinken am Punkt 35. Damit wird Sie Basisspannung des Transistors 32 herabgesetzt und der Transistor 26 schneidet die Spannung bei einem niedrigeren Pegel ab. Dies ist durch die Kurve 52 in FIg, 2 angedeutet, wo wiederum der gestrichelte Ab-

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schnitt der Kurve die Eingangsspannung wiedergibt. Die Flächen unter den durchgezogenen Linien der Kurven 50 und 52 sind gleich als Folge des niedrigeren Abschneidepegels. Demgemäß wird der Belastung eine Spannung mit einem konstanten Effektivwert zugeführt.

Bei der dargestellten Schaltung wird als Widerstand 24 ein solcher gewählt, der strombegrenzende Eigenschaften hat_f um den Transistor 26 zu schützen, falls die Belastung einen niedrigen Wert besitzt, beispielsweise, wenn die Belastung der noch kalte Heizdraht einer Elektronenröhre ist. Die Diode 36 ist für Temperaturkompensation ausgelegt, um die Änderung des Basisemitterer«abfalls des Transistors 32 mit der Temperatur zu kompensieren. Der Kondensator 48 i3t nicht wichtig aber nützlich, um die Spannung am Verbindungspunkt 39 zwischen den Hclbü^klen konstant zu halten. Der Leistungstransistor 26 ist in einigen Fällen ebenfalls nicht erforderlich, liefert jedoch mehr Leistung an niedrige» Impedar*" en.

Man erkennt, daß mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung eine Spannungsregelung geschaffen worden ist, bei der der Effektivwert einer Ausgangsspannung an einer Belastung konstant gehalten wird, auch wenn sich die Eingangsspannung ändert, und zwar ohne die Notwendigkeit von Filtereinrichtungen oder komplizierten Rückkopplungsschaltungen.

- Patentansprüche -

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Claims

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■ - .7 Pat en t a η s ρ r ü c h e

Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes einer Spannung, gekennzeichnet durch eine Gleichrichterschaltung (20,22), an die die ungeregelte Spannung anlegbar ist und deren Ausgang über die gesteuerte Strecke einer Steuerschaltung (26,32) mit der Ausgangsklemme für die geregelte Spannung verbunden ist, welche Steuerschaltung eine Klemme 35 zum Anlegen eines Steuerpotentials aufweist, durch eine Umkehrschaltung (4¹J,46) zur Erzeugung einer Spannung, die der von der Grleichricht erschaltung aus der ungeregelten Spannung erzeugten Spannung entgegengerichtet ist und durch eine Kopplung zwischen der Umkehrschaltung und der Steuerpotentialklemme für die Änderung von deren Potential in Abhängigkeit von Änderungen der ungeregelten Eingangsspannung.

2, , Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die __Steuerpotentialklenrae (35) mit der Umkehrschaltung (44,46) über eine Zenerdiode ("38) gekoppelt ist, Heren Bezugsspannungspegel variabel ist,

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsspannungspegel über die Anzapfung eines Spannungsteilers (40,42) variabel ist, der an den Ausgang der Umkehrschaltung angeschlossen ist.

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4* Schaltungsanordnung nach Anspruch 1

oder 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtersehaltung ein Vollwellengleichrichter ist, der über die Sekundärwicklung (18) eines Transformators {16) geschaltet ist, an dessen Primärwicklung (14) die ungeregelte Spannung liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (18) eine Mittelanzapfung aufweist, die mit einer Ausgangsklemme (30) der Schaltungsanordnung verbunden ist, daß

an die Steuerpotentialklenme (35) eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, und daß die Umkehrschaltung ebenfalls ein VoIlwellengleichrichter ist, jedoch mit umgekehrter Polung wie die Gleichrichterschaltung·

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung zwischen der Mittelanzapfung und der Gleichspannungsquelle, umfassend einen ersten Widerstand (40), eine Zenerdiode (38) und einen zweiten Widerstand (3¹O.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Umkehrschaltung (44, 46) über einen dritten Widerstand (42) an den Verbindungspunkt des ersten Widerstandes (40) mit der Zenerdiode (30) gelegt ist.

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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet» daß der Verbindungspunkt zwischen der Umkehrschal-■ tung (4^,46) und dem dritten Widerstand (JJ2) über einen Kondensator (48) mit der Mittelanzapfung verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfung an Masse liegt·

10, Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine zwischen die Zenerdiode und denzweiten Widerstand geschaltete Diode (36)»

11, Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen ersten Transistor (26) aufweist, dessen Leitfähigkeit von einem zweiten Transistor (32) steuerbar ist.

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