DE1954599A1

DE1954599A1 - Spannungsregler

Info

Publication number: DE1954599A1
Application number: DE19691954599
Authority: DE
Inventors: Wanlass Cravens Lamar
Original assignee: WANLASS ELECTRIC CO
Current assignee: WANLASS ELECTRIC CO
Priority date: 1968-10-30
Filing date: 1969-10-30
Publication date: 1970-10-08
Also published as: DE1954397A1; FR2021945A1; NL6916382A; GB1287133A; JPS4931257B1

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Wanlass Electric Company, 15*10 East Edinger Street,

Santa Ana, California/USA

betreffend:

"Spannungsregler"

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler.

In der deutschen Patentanmeldung P 15 88 957 ist ein Spannungsregler beschrieben, bei dem ein parametrischer Schaltkreis für die Erzeugung einer geregelten Ausgangsspannung aus einer ungeregelten Eingangswechselspannung benutzt wird. Der parametrische Schaltkreis umfaßt dabei einen LC-Schaltkrels, dessen induktive Komponente ein variabler Induktor der Bauart 1st, die in der US-Patentschrift 3 403 323 beschrieben ist. Die Theorie und die Wirkungsweise dieses variablen Induktors und des parametrischen Schaltkreises sind in den genannten Literaturstellen ausführlich erläutert, so daß hier nur kurz wiederholt zu werden braucht:

Der variable Induktor nach der US-Patentschrift 3 103 323 umfa£t «inen ferromagnetische Kern mit einem Paar von Wicklungen. Der Kern 1st so aufgebaut, daß er vier gemeinsame Bereiche oder "SShenkel" besitzt sowie

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zwei End- oder Verbindungsabschnitte für die magnetische Kopplung der geraeinsamen Bereiche. Die Wicklungen sind auf den Endabschnitten mit ihren Achsen um 90° gegeneinander versetzt so angeordnet, daß normalerweise keine Induktive Kopplung zwischen ihnen besteht und die Flußkomponenten, die infolge eines Stromflusses durch die beiden Wicklungen erzeugt werden, Jederzeit in zwei der Schenkel einander entgegengesetzt sind und sich addieren in den anderen beiden Schenkeln. Infolge dieses Aufbaus erzeugt ein Strom in einer der Wicklungen, die als Steuerwicklung bezeichnet wird, einen Magnetfluß, der die Reluktanz des Magnetkreises steuert, der verknüpft 1st mit der zweiten als Lastwicklung bezeichneten Wicklung, und zwar derart, daß Änderungen dieses Flusses infolge Stromänderung in der Steuerwicklung die Kystereslsschleife des mit der Lastwicklung verknüpften Magnetkreises verdrehen und damit die Induktanz der Lastwicklung ändern. Infolge des Aufbaus der Anordnung ändert sich die Induktanz mit dem doppelten der Frequenz eines der Steuerwicklung zugeführten Wechselstroms.

Dieses Phänomen wird ausgenützt in dem parametrischen Schaltkreis nach der deutschen Patentanmeldung P 15 38 957· Dort 1st ein Kondensator mit der Lastwicklung des variablen Induktors zur Ausbildung eines Resonanzkreises gekoppelt. Dem Resonanzkreis wird Energie durch Pumpen der Steuerwicklung mit einem Wechselstrom der gleichen Frequenz zugeführt, auf die der Resonanzkreis abgestimmt 1st, d.h. mit der Ausgangsfrequenz, Wenn der parametrisehe Schaltkreis einmal an einem stabilen Punkt schwingt, beeinflussen Veränderungen der Größe der Pumpquelle den Ausgang nicht merkbar. Demgemäß kann durch Ankoppeln der zu regelnden Netzspannung an die Steuerwicklung der Induktanzanordnung eine geregelte beinahe vollkommene

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Sinuswelle,ins 90° phasenverschoben gegenüber dem Eingang, an den Resonanzkreis abgegriffen werden. Da es keine direkt· transformatorische Kopplung zwischen den Wicklungen gibt, arbeitet die Anordnung als bilaterales Filter, das überschwingungen und Rauschen,sowohl im Netz als auch in der Last erzeugt, unterdrückt. Zwar arbeitet dieser parametrisch· Spannungsregler sehr befriedigend bei relativ konstanter Frequenz der Eingangsspannung, doch ist sein Ausgang frequenzempfindlich. Der Ausgang 1st außerdem in gewissen Maße empfindlich gegenüber Laständerungen. Darüber hinaus braucht dieser Spannungsregler zwar weniger Magnetmaterial als konventionelle Anordnungen, doch ist immer noch eine erhebliche Menge an magnetischem Material wie auch an Kupfer für die Wicklungen erforderlich. Ebenso let der Kondensator ziemlich groß. Die Anordnung ist daher etwas klobig, schwer und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, den beschriebenen Spannungsregler In dieser Hinsicht zu verbessern. Das heißt, die Ausgangsspannung soll weniger empfindlich sein hinsichtlich Frequenz- und Laständerungen,und außerdem soll der erforderliche Aufwand für Magnet- und Wicklungsmaterial herabgesetzt werden unter gleichseitiger Verkleinerung des Kondensators. Der Spannungsregler gemäß der Erfindung soll mithin gegenüber dem eingangs erwähnten Spannungsregler kompakt, leicht und weniger kostspielig sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Spannungsregler für ungeregelte Eingangsspannungen mit einem parametrischen Schaltkreis,der «Inen an einem stabilen Punkt schwingenden Resonanzkreis umfaßt, an des die geregelte Spannung abgreifbar

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ist, gemäß der Erfindung gekennzeichnet duroh einen mit der Eingangsspannung beaufschlagten Frequenzwandler für die Erzeugung einer Ausgangsspannung mit gegenüber der Eingangs-Spannungsfrequenz erhöhten Frequenz, welcher Frequenewandler ausgangseeitig an deng-Resonanzschaltkreis angekoppelt ist für die Energieübertragung von dem Frequenewandler auf den Resonanzschaltkreis zwecks Aufrechterhaltung von dessen Schwingung an dent stabilen Punkt, und durch einen Rückkopplungs» schaltkreis zur Rückführung der geregelten Spannung zu dem Frequenewandler für die Beeinflussung der von diesem erzeugten Frequenz in Abhängigkeit von Spannungsänderungen der geregelten Spannung.

Die Verwendung einer hochfrequenten Eingangsspannung des parametrischen Schaltkreises ermöglicht eine erhebliche Herabsetzung von Größe und damit Gewicht des Kerns und der Windung»zahlen sowie ebenso der Größe des erforderlichen Kondensators. Die Rückkopplung bildet eine Regelschleife zur Steuerung der Frequenz des Frequenzwandlers in Abhängigkeit von der geregelten Ausgangsspannung.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Flg. 1 zeigt perspektivisch eine Komponente des Spannungsreglers und

Fig. 2 ist ein Blockschaltungsdiagramm des gesamten Spannungsreglers.

In der Zeichnung wird die gleiche Symboldarstellung benutzt wie in der US-Patentechrift 3 403 323 zur Darstellung

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des Kerns, d.h. der Kern wird angedeutet mittels eines T-förmigen Elsensymbols. Zwar können all die verschiedenen Kernkonstruktionen benutzt werden, die In der US-Patentschrift 3 403 323 beschrieben sind, doch 1st die bevorzugte Ausfuhrungsform ähnlich der nach Flg. 7 jener Patentschrift. Der Induktor unter Benutzung eines solchen Kerns 1st In Fig. dargestellt. Der Induktor 10 umfaßt einen Kern aus zwei C-förmlgen Jochen 11 und 12, die um 90° gegeneinander verdreht sind und an ihren Basen, wie in Flg. 1 gezeigt, verbunden sind. Auf das Joch 11 ist die Wicklung 13 aufgebracht und auf das Joch 12 die Wicklung I¹I, welche Wicklungen 13 und l4_v sich vorzugsweise unter einem rechten Winkel zueinander befinden.

Flg. 2 zeigt, daß eine ungeregelte Eingangswechselspannung an die Eingangsquellen l6 und 17 angelegt ist. Diese sind über Leiter l8 und 19 mit einem Vollwellengleichrichter 20 verbunden, dessen Ausgang mittels einee Kondensator*

21 geglättet wird und über Leitungen 23,24 dem Frequenzwandler

22 zugeführt wird. Der Frequenzwandler kann nach konventioneller Art aufgebaut sein beispielsweise unter Benutzung gesteuerter Sllizluraglelenrichter und dient zur Erzeugung eines Ausgangswechselstromes typischerweise in Rechteckwellenform bei Beaufschlagung mit;, einem Eingangsgleichstrom. Der Schaltungsaufbau des Sfcrlhlangewandlers wird hier nicht im einzelnen erläutert, da er zum allgemeinen Stand der Technik gehurt. Die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers 22 liegt beispielsweise bei 20 KHz. Falls gewünscht, kann auch anstelle von Gleichrichter 20 und Frequenzwandler 22 ein Frequenzwandlerblock benutzt werden.

Der Ausgang des Frequenzwandlers 22 wird der Steuerwicklung 13 eines variablen Induktors 10, beispielsweise

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des In Pig. 1 gezeigten, zugeführt. Dem Ausgang bzw. der Lastwicklung It des variablen Induktors 10 ist ein Kondensator 25 paralügeaehaltet zur Ausbildung eines auf die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers 22 abgestimmten Resonanzkreises. Die Lastwicklung l4 besitzt eine Mittelanzapfung, die über die Leitung 26 an die Auagangsklerame 27 geführt 1st. Die andere Ausgangsklemme 28 1st Über Dioden und 30 mit Anzapfungen 31 bzw. 32 der Lastwicklung 14 verbunden, so daß sich als Ausgang eine Oleichspannung ergibt. Ein Glättungskondeusator 33 ist über die Ausgangsklemmen 27 und 28 gelegt.

Die Ausgangsspannung an den Klemmen 27 und 28 wird einem Ausgangsspannungsraeßkreia 3*> über Leitungen 35 und 36 zugeführt. Der Meßkreis 34 kann einen an sich bekannten Aufbau besitzen; er dient zum Vergleich der Ausgangsspannung mit einer Bezugsspannung und erzeugt eine Steuerspannung, die repräsentativ ist für eine jeweilige Abweichung der Ausgangsspannung von der Bezugsspannung. Der Maßkreis kann z.B. ähnlich jenem sein, der in der US-PatentanmelUung 513 752 vom l4. Dezember I965 beschrieben 1st. Die Steuerspannung am Ausgang des Meßkreises 34 wird über Leitungen 37 und 38 dem Frequenzwandler 22 zugeführt und dient zur Änderung der Frequenz der Ausgangswellenform vom Frequenzwandler 22, falls die Ausgangsspannung von der Bezugsspannung abweicht, mit der der Meßkreis 34 arbeitet.

Ein Startschaltkreis 39 Hegt an den Leitungen 23 und 24 mittels Leitungen 40 bzw. 4l. Der Ausgang des Startschaltkreises ist alt den Leitungen 37 und 38 verbunden und damit mit de« Frequenzwanler 22. Die Aufgabe des

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Startechaltkreises besteht darin, den parametrischen Schaltkreis durch Herabsetzen der Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers 22 unter Erhöhung des Eingangsstromes für den parametrischen Schaltkreis diesen selbst-anlaufend zu machen, indem eine genügende Kopplung zwischen den Wicklungen 12 und 13 hervorgerufen wird zur Einleitung von Schwingungen der parametrischen Anordnung, in der in der deutschen Patentanmeldung P 15 80 957 beschriebenen Welse. Der Startschaltkreis 39 kann einfach einen Kondensator und eine Diode enthalten, wie dies für den Fachmann offensichtlich 1st. Natürlich können anstelle des Startschaltkreises je nach Wunsch andere Startmechanismen vorgesehen werden.

Die Wirkungswelse der Spannungsregleranordnung nach Fig. 2 1st im Prinzip ähnlich der in der Patentanmeldung P 15 88 957 beschriebenen. Der Hauptunterschied ist natürlich, daß die Frequenz am Eingang des parametrischen Schaltkreises und die Frequenz,auf die der Resonanzkreis aus der Wicklung und dem Kondensator 25 abgestimmt 1st, viel höher sind als die konventionellen Netsfrequenzen. Die Verwendung einer solchen hohen Frequenz ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Kernabmessungrf und der Windungezahlen für die Wicklungen. Da die Höhe der Ausgangsspannung des parametrischen Schaltkreises von den Parametern des Resonanzschaltkreises und von der Eingangsfrequneζ abhängt, erkennt man, daß die Ausgangsspannung konstant gehalten werden kann durch Verwendung eines Meßkreises J>k_t der die Frequenz am Frequenzwandlerausgang 22 steuert. Demgemäß ist der Spannungsregler gemäß der Erfindung unempfindlich gegenüber Änderungen der Netzfrequenz und auch unempfindlich gegenüber Laständerungen oder Änderungen anderer Parameter, die die Ausgangsspannung beeinflussen könnten. Dies wird erreicht, ohne daS die übrigen Vorteile das bekannten Spannungsreglers beeinträchtigt werden,

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Filterung wie beispielsweise die bilaterale . T»ae dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet mithin flange wechselspannung, doch versteht es sich für den Fachmann, daft man auch mit Hin^angegleiohsspannum; arbeiten kann, in welchem Pail der Oleichrich ter 20 und der KoMensator 21 entfallen.

In Fi(^. 3 ist eine andere Ausfuhrun^sform des Spannungsreglers ssnuiß der Erfindung dargestellt · ^TTier wird die ungeregelte oder im wesentlichen ungeregelte Wechseleinftanßsspannugß den Elnsahgsklemmen Ί8 und ¹IQ zugeführt, die mit einen Ilaichrichter und Filter 50 verbunden sind. !)er Ausgang von Tleichrichter und filter ^5O ist verbunden mit den Eingang eines Inverters 51 j Jessen Ausgang verbunden ist mit der Steuerwioklunis 5? eines variablen Induktors 53, vorzugsweise vom Typjder in der oben genannten US-Patentschrift beschrieben ist. lie Laßtwickluns 5^ des Inductors 53 ist verbunden mit einem Kondensator 55 zur Ausbildung eines Resonanzkreises einer parametrischen Anordnung derart, wie sie beschrieben ist in der oben genannten Patentanmeldung· Der Ausrjanp: ditses Resonanakreisea wird einen Oleichrichter und Filter 56 zugeführt, der verbunden ist mit Auao;anp:skleramen 57 und ^8.

Kin Steuerverstärker und Oszillator 59 ist über die Aus-3arv*,skleninen 51 und S8 geschaltet, dieser Steuerverstärker und Oszillator dient *ur Konversion des nielchspannungseingangs in eine Serie von Impulsen deren Foltrefrequene abhSngt von der Amplitude der Aus^anf-s^leichspannunB;.· RIn solcher Schaltkreis ist beispielsweise in DißitalVolt-Ffetern konventionell angewandt und braucht deshalb hier nicht näher erläutert bu werden. Der Ausgang des Steuerverstärkers und Oszillators 59 speist eine variable Treiber- und Verzügerungsloßik Co, leren Ausgang ein Steuersignal ist, Welches den Betrieb des Inverters 51 steuert. Der Ausgang der variablen Frequenztreiber- und Verzogerunrsloglk 60 veranlaßt den Ausganr, des Inverters 11, die Frequenz im Ansprechen auf Änderungen der Spannung zu verändern., die über den Ausganfrsklenrnen 57 und 58 erscheint. Mit anderen './orten ist der betrieb

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des leitenden Elemente im Inverter 51 f?aeteuert durch eile -Pulse, die im Steuerverstärker und Oazilaator 59 erzeugt werden und modifiziert werden mittels der variablen Frequenztreiber- und VerzSgerungilosik 60. *)er Zweck des letztgenannten Sehaltkreises besteht darin, eine Pulsfol^e zu erzeugen, deren Frequenz; derjenigen entspricht. die vom Ste^uerverstärker und Oszillator 5^ erzeugt wird, deren efTanken Jedoch versiert sind, so daß eines der leitenden ^lenente im Inverter 51 vollständig; abgeschaltet wird, bevor das andere leitende Element eingeschaltet wird derart, daß die oben er?5rterten Kuraschluaechaltkreisbedlnsun^en eliminiert werden. Man erkennt, daß. die Elemente 59,'SO und 6l der Pig. 3 im betrieb äquivalent sind den Elementen 3% und 32 der Pig. 2 rait dem zusätzlichen Merkmal, daß die Impulse, die vom Inverter zur Steuerung seines Betriebes empfangen werden, in gewünschter Welse verzögert aind. Bezüglich aller anderen Aspekt« ist die Wirkunnsweise der Systeme nach Flg. 2 und 3 ähnlich.

In don Fir;, h und !5 ist ein geeigneter Schaltkreis für die Anwendung in dem System nach Piß. 3 dargestellt; Fin· ^ «el^t In sahematischer 7orm den Aufbau des Inverter« 51 nach Pi^. 3. Die aieichspannuniS vom aieichrlchter und Filter 50 Hegt an den Leitungen 6H und $*> an einem nrückonachal^reis mit den vier MPH-Transistoren 65„ 67» *>3 und 60. Der Transistor 6o ist mit Leitung 6% über e*ne erst» Wicklung 70 mm& eines Transformators T₁ und eine Diode 71 angeschlossen. Die 3asis des Tranaistors ist mit seinem Emitter über einen Widerstand T* und eine* zweite .Jicklun?; 73 des Trans for rat or» T₁ verbunden. Der Emitter des Tranaistors 65 iifc außerdem verbunden mit einem I3nde der Steuerwicklung 52 des Induktors *33. Dieser Punkt ist ferner verbunden über eine Diode 7¹I mit dem Kollektor de· Transistors 67. Die Basis des Transistors 67 ist verbunden mit seinem Emitter ober einen Widerstand 75 und eine erste Wicklung 76 eines Transformator· Tj.

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Die anderen beiden Drückeηζrfweige sind in ähnlicher Weise aufgebaut. Der Kollektor des Transistors 63 1st verbunden mit der Leitung 54 über eine zweite Wicklung 77 auf dem Tranformator T₂ und eine Diode 73. Die 3asis des Transistors 68 ist verbunden mit seinen Emitter aber einen Widerstand 79 und eine- dritte Wicklung 90 auf den Transformator T_n. Der Emitter des Traneietor» 68 ist außerdem verbunden mit der anderen Seite der Steuerwicklunr; 52 des Induktors 53. Dieser letztere Punkt ist außerdem verbunden über eine Diode 30 mit den Kollektor de· Transistors 69". Die Basis dieses Transistors ist verbunden über einen WIder3tan«I 8l, eine iritte Wicklung 32 auf dem Transformator T^. Jedem der Brückenzxfeige Ist eine Diode parallel gelegt. Die Polarität der verschiedenen Wicklungen des Transformators T₁ und des Transformators T„ sin! durch die entsprechenden Punkte annedeutet.

Der Fachmann kann entnehmen, daß die Transistoren 6'S und 69 und die Transistoren 63 und 57 mit einer regenerativen positiven Rückkopplung versehen sind, das heißt, einer solchen, als nicht abhängt von einem Außensehaltkreis, 'nenn sie einmal «setrlggert worden ist und infolgedessen weniger Laiatunpisbedarf entnimmt und unsymmetrische Charakteristiken entfernt. Wenn angenommen wird, daß ein Impuls an die Primärwicklung des Transformators T- angelegt wird, wird eine Spannung in der Sekundärwicklung 73 erzeugt mit dem Ergebnis, daß die Basisemittervorspannung des Tranalstors 66 erhöht wird und der Transistor zu leiten beginnt. In ähnlicher Weise beginnt der Transistor 69 zu leiten mit dem Ergebnis, das ein Strom durch die Sekundärwicklung 70 des Transformators T^ ά·3ζ Diode 71, den Transistor 56, die Steuerwicklung *>2 des Induktors 53, die Diode 80 und den Transistor 6.9 fließt. Stromfluß durch die Wicklung 70 de'3 Tran format dbs T^ verfjalaßt, daß eine größere Spannung in der Wicklung 73 und der Wicklung 82 induziert wird mit dem Ergebnis, daß die Transistoren 66 und 69 noch mehr leitend werden. Diese Regenerierung wird fortgesetzt bis die Anforderung von der Steuerwicklung 52 des Induktors 53 zurückgeht.

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In diesen Zusammenhang muß daran erinnert werden, da* die Betriebsweise des Induktors 53 bilateral Ist, das heißt, daft eine Knrterunc; des durch die Lastwicklung 5k f!feienden Stromes die Induktans der Steuerwlcklunß 52 In der gleichen Welse beeinflußt wie ein Stromfluß durch die Steuerwicklung

52 die Induktanz der Lastwlcklunt; 5'4 beeinflußt .Wenn demgemäß die Induktanz der Steuerwicltlung 52 zuzunehmen beginnt, wird ein Punkt erreicht, an den ihre Impedanz dazu führt, daß der Stromfluß durch den Schaltkreis, der oben erläutert wurde, abzunehmen beginnt mit dem Ergebnis, daft die Transistoren 66 ud^i 6<? evtl. nicht leitend werden. Natürlich -nuß der Transformator T₁ 80 aus^ele^t werden, daß er eingeschaltet bleibt bis er ausgeschaltet wird, das heißt, die Zeltkonstante des Transformator kr ei se ε (das heißt die Länge der Zelt_} während der positive Regenerierung stattfinden kann) muß größer sein als die Frequenz, mit der der paraastrische Schaltkreis arbeiten soll. Der Schaltkreis einschließlich der Transistoren B*¹ und 67 arbeitet In der gleichen Welse über den Transformator T- und läßt einen Strom durch die Steuerwiaklung 52 des Induktors

53 In umgekehrter ?.lchtunr$ fließen, so daß ein Wechsistron an die Steuerwicklung geliefert wird.

Wie oben erläutert, Ist es für sicheren Betrieb nlt rjutem Wirkungsgrad erforderlich, daß die Tranaistoren 65 und 59 au3g schaltet werden, bevor die Transistoren 68 unl 67 leitend werden., und umgekehrt. Wie ebenfalls bereits erläutert wurde, ist es wünschenswert, eine ZeitversSrserung zwischen dem Ausschaltpunkt eines Satzes von Transistoren ivn-1 dem. tülnechaltpunkt des anderen Satzes vorzusehen we^en der lan-en Ansprechzeit konven tioneller Transietoren, die zu verwenden aus !!runden der Wirtschaftlichkeit wünschenswert ist. Fl^. Πzeigt einen Schaltkrel. der geeignet 1st für die Steuerung der '"In- und Ausschalttrlgg« runs der TraesÄoren in dem Inverterschaltkreis nach Pig. ^.

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Gemäß Pig. 5 besitzt der Transformator T₁ zwei Primärwicklungen 83 und 8Ί, welche Wicklungen in entgegengesetzter Richtung gepolt sind, so daß*bei Stromfluß durch die Wicklung 83 die Transistoren 66 und 69 leitend gesteuert werden, und bei Stromfluß durch die Wicklung 9Ί die Transistoren sperren. In ähnlicher Welse besitzt der Transformator T₀ zwei Primärwicklungen 85 und 86, die ebenfalls in entgegengesetzter Richtung gepolt sind und zur Triggerung der Transistoren 6*3 und 67 in den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand dienen.

Wie in Pig. 5 gezeigt, umfaßt die variable Frequenztreiber- und Verzögerungslogik ¹SO einen Flipflop 87, dem der Ausgang dee Steuerverstärkers und■Oszillators-59 zugeführt wird und abwechselnd einen Impuls an seinen A und A"-Au3gängen in Abhängigkeit davon erzeugt. Es ist dabei im Gedächtnis zu behalten, daß die Frequenz oder Widerholungsrate der Pulse von dem Steuerverstärker und Oszillator 59 abhängt von der Höhe der Spannung, die an seinen Ausgangsklemmen 57 und 58 erscheint. Die Impulse von dem Steuerverstärker und Oszillator 59 werden außerdem dem !Hingang eines

- Z^TT'3^7:;F "ona shot multivibrators'¹ (monostabiler Multivibrator) 88, der einen Nullausgang am Ausgang $ in Abhängigkeit davon erzeugt für eine Zeitperiode, die bestimmt wird durch einen Zeitkonstantenkreis, 1er einen kondensator 80 und einen variablen Widerstand umfaßt., wobei der Widerstand variabel ist, um die Zeitkonstante zu verändern. Der Ausgang Vl des Multivibrators 88 wird eibem ersten Eingang eines-Nicht-UND-Gatters 91 zugeführt, dessen anderer Eingang verbunden ist mit dem »Ausgang Ä des Plipflops 87· "Der Ausgang.ß des Multivibrators 88 wird außerdem einem zweiten Micht-UND-Iatter 92 zugeführt, dessen anderer Eingang verbunden mit dem Α-Ausgang des Flipflops 87. Tier Ausgang des Nicht-UlID-Gatters 91 wird über einen Widerstand 93 der 3asis des Transistors 9*1 zugeführt, der in eihe mit der PrimärwiclrlunT; 53 des Transformators T. liegt und vorgespannt 1st durch oinen Hasiswiderstand 95. -

Der Ausgang des Nlcht-tÜiD-datters 91 wird außerdem einem Inverter 96 zugeführt, dessen Ausgang verbunden 1st nit der eines Transistors 93 über einen Widerstand 97, welcher Transistor

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98 in Reihe liest mit der Primärwicklung 8-'t des Transformators T^ und vorgespannt ist durch einen Widerstand 99. Der Emltterkollektorpfad den Transistors'1st mittels einer Diode 100 Überbrückt. In ähnlicher '-/eise ist der KollektDOemitterpfad des Transistors 98 von einer Diode 101 überbrückt.

Der Ausgang des Nicht-UND-flatters 92 ist Über einen Widerstand 108 mit der 3asi3 eines Transistors 109 gekoppelt, der zusammengesehaltet ist mit der Primärwicklung 85 des Transformators T-. Der Ausgang des Nicht-UHD-flatters 92 wird ferner einem Inverter 107 zugeführt j dessen Ausgang über einen Widerstand 105 an die Basis eines Transistors 106 gekoppelt wird, welcher in Reihe liegt mit der Primärwicklung 36 de3 Transformators Tp. Die Transistoren 106 und I09 sind vorgespannt durch Widerstände 110 bzw. 111 und sind mit ihren Kollektoremitterpfaden Dioden 112 und 11? parallel gelegt. Für den hier diskutierten Fall 30II der Ausgang des tUcht-UND-Gatters 91 als ü

Wetter , _ bezeichnet werden, der Ausgang de3 - 9o als H, der Ausgang des Nicht-UND-Gatters 92 als fl und der Ausgang des Inverters I07 als Cf, wobei auf diese Bezeichnungen Bezug genommen wird in dem Zeltdiagramm nach Fig. β

Es darf angenommen werden, daß die Wirkungsweise der Schaltkreise nach den Pig« ¹I und 5 Tür den Fachmann verständlich sin3, insbesondere unter Berücksichtigung des Seitdiagramms nach Fig« 6» Wenn ein Impuls C vom Steuerverstärker und Oszillator 59 empfangen wird, soll angenommen werden, daß der Plipflop 87 einen Ausgangsimpuls am Ausgang A erzeugt» nicht jedoch am Ausgans A" , Natürlich wird der nächste Impuls C diese Beziehung umkehren. Der Impuls C wird außerdem veranlassen, daß derMult!vibrator 88 einen Impuls an seinem Ausgang R nach einer bestimmten Verzögerung»zeit abgibt, die bestimmt wird durch die Parameter dea Kondensators 89 und des Widerstandes 90 dee 2eitkonstanten Schaltkreises.

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Es sei angenommen, daft die Tranaistoren 66 und ^O nach Fig. ¹I leitend s«iind; wenn der betreffende Impuls C empfangen wird vom ¹TLIp flop 87. ^a sich an keinem der Einginge de3 Nicht-üilD-natters 91 ein Signal findet, wird eein Ausgang sofort positiv -nit dem Ergebnis, daS 8er Transistor H-¹I !altend gemacht wird und ein Strom durch die Primärwicklung 83 des Transformators T. fließt, dieser Stroni in der Primäruicklu¹^ ^5, in der Polarität wie dargestellt, verursacht, Ia^ ein Strom in den Sekundärwicklungen 70, 73 und 3? in einer Richtung induziert fird, die entgegengesetzt der Stro-nrichtung ist, die vorher in diesen Wicklungen vorlag, mit dem Ergebnis, da'} die Transistoren 66 und SO abgeschaltet werden. Infolge der Charakteristiken dieser Transistoren, die oben erwähnt wurden, werden sie jeioch noch für eine gewisse Zeitperiode nach Empfang des Triggersignals weiter leitend bleiben.

3ei Auftreten eines Impulses bei Ausgang S des -iultivibrators 33 empfängt das !licht-TJKD-Gatter 92 koinaidente Eingänge, und infolgedessen erzeugt der Inverter 107 einen positiven Ausgangsimpuls (T . Dieser Impuls macht den Transistor 1Of) leitend mit dem Ergebnis, daß ein Strom durch die Prln/lrwlcklung 86 des Transformators T₀ fließt, ^ies veranlaßt, daß ein Strom in die Sekundilrv/icklungen 77, 80 und 96 des Transformators T₀ induziert wird mit dem Ergebnis, daß die Transistören 68 und 67 leitend gemacht werden. Bei Auftreten des nächsten Impulses C erzeugt der Flipflop 9$ einen positiven Impuls am Ausgang Ä und einen Null-Ausgang am Ausgam- A. Entsprechend wird der Ausgang des Nicht-UWD-Oatters 92 null, und ain positiver Impuls wird an die Basis des Transistors I09 gelegt, der ihn leitend macht und die Transistoren 63 und ^r>f sperrt.

Das Nicht-IIMD-Gatter 91 arbeitet in ähnlicher V/ei3e wie das Nicht-UND-Öatter 92. Infolgedessen wird ein kurze Zeit, nachdem die Transistoren 67 und 58 gesperrt w&rden, welche ?elt abhängt von der Zeitkonstante des Hetzwerks 99, 90, dar Ausgang

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H dea Nicht-IMD-Satters 91 auf null fallen mit dem Ergebnis _} daß der Ausgang Π dee Inverters 95 positiv wird, wonach der Transistor 93 in den leitenden Zustand vorgespannt wird»,ein

riie^

Ström durch die Primärwicklung VA des Transformators T₁, der einen Strornfluß in den Sekundärwicklungen 70, 73 und 82 des Transformators T₁ induziert und veranlaßt, daß die Transisto ren 66 und 69 zu leiten beginnen.

Wenn der nächste Puls B vom Fliflop 87 empfangen wird, schaltet der Ausgang s des Flipflops von A auf A mit dem Ergebnis, daß der Ausgang II des 'licht-UlID-aatters 91 sofort positiv wird. Dies läßt den Transistor 9*1 leitend werden und den Transistor 93 sperren. StromfluS durch die Wicklung 83 des Transistors T. als .Ergebnis der Entsperrun? des Transistors 9'1 induziert einen Stron in die Wicklungen 70, 73 und 82 des Transformators T₁ in einer Richtung derart, daft die Transistoren 66, o9 maetxiS gesperrt werden. Dies geht so welter, wobei die Frequenz, mit der die Transistoren C6, 69 und 68, 67 geschaltet werden, abhängt von der Spannung, die über den Ausgangsklemmen 57 und 53 nach Fi^. 3 entwickelt wird.

Aus der vorstehenden Erläuterung l/Ißt sich entnehmen, daß ein sehr genauer, preiswerter. einfacher Spannungsregler *nit gutem Wirkungsgrad vorgesci la^en wird. ¹^s versteht sich, da'i der Spannungsregler gemäß der Erfindung nicht die Anwendung eines bestimmten Steuerschaltkreises, wie sie dargestellt worden sind, erforderlich macht, sondern iiese vielmehr nur als Beispiele zur Erläuterung dargestellt wurden.

- Patentansprüche 0 0 9841/1038

JftWßlßO ÜASA& ORIGINAL - IG

Claims

Patentansprüche

X)J Spannungeregler für ungeregelte .Eingangsspannungen mit einem parametrischen Schaltkreis, der einen an einem stabilen Punkt schwingenden Resonanzkreis umfaßt, an dem die geregelte Spannung abgreifbar ist, gekennzeichnet durch einen mit der Eingangsspannung beaufschlagten Frequenzwandler P für die Erzeugung einer Ausgangsspannung mit gegenüber der Eingangsspannungsfrequenz erhöhten Frequenz, welcher Frequenzwandler ausgabeseitig an den Resonanzschaltkreis angekoppelt ist für die Energieübertragung von dem Frequenzwandler auf den Resonanzschaltkreis zwecks Aufrechterhaltung von dessen Schwingung an dem stabilen Punkt, und durch einen Rückkopplunge· schaltkreis zur Rückführung der geregelten Spannung zu dem Frequenzwandler für die Beeinflussung der von diesem erzeugten Frequenz in Abhängigkeit von Spannungsänderungen der geregelten Spannng.

2) Spannungsregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Startschaltkreis für die anfängliche Herabsetzung der

" Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers.

3) Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler gesteuerte Slllzlumgleichrlchter umfaßt.

4) Spannungsregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der parametrische Schaltkreis einen Induktor mit einem ferromagnetlschen Kern,einer auf dem Kern angeordneten und mit dem Ausgang dee Frequenzwandlers gekoppelten Steuerwicklung und einer Lastwicklung auf dem Kern . umfaßt, welche mit einem parallelgeschalteten Kondensator den Resonanzschaltkreis bildet.

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BAD ORlGIMAL

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5) Spannungsregler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch •inen parametrischen Schaltkreis, bei dem die Induktanz der Lastwicklung sich mit der doppelten Frequenz eines der Steuerwicklung zugeführten Wechselstromsignals ändert.

6) Spannungsregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Gleichrichter für die geregelte Spannung.

7) Spannungsregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Gleichrichter zwischen Anschlußklemmen der ungeregelten Spannung und dem Frequenzwandler.

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3. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch ze kenn ze lehnst , daß der Frequenzwandler für die Erzeugung von Impulsfolgen ausgebildet ist und daß der Rückkopplung schaltkreis für die Steuerung des Einsatzzeitpunktes der Impulse der Pulsfolge ausgebildet ist.

9- Spannungsregler nach Anspruch 8,, dadurch gekennzeichnet ■laß-der Frequenzwandler erste und zweite leitende Elemente aufweist, die "abwechselnd leitend und nichtleitend sind* daß der Riickkopplungsschaltkreis für die Urzeugung eines Steuersignals ausgebildet ist in Abhängigkeit von der ^öhe der geregelten Ausgangsspannung und Einrichtungen umfaßt, die auf das Steuersignal ansprechen für die abwechselnde Durchschaltung und Sperrung der ersten und zweiten leitenden Elemente, sowie eine einrichtung für die Verzögerung der Leitung eines der leitenden Elemente.bis das andere nichtleitend geworden ist.

10. Spannungsregler nach Anepruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das der Höhe der geregelten Spannung entsprechende Steuersignal aus Impulsen besteht mit einer Pulsfolgefrequenz, die der Höhe der geregelten Ausgangsspannung entspricht, und daß die auf das Steuersignal ansprechenden Einrichtungen logische Schaltkreise umfassen, die auf die Impulse ansprechen für das abwechselnde Durchschalten bzw. Sperren der e»sten und zweiten leitenden Elemente, welche logische Schaltkreise einen Signalerzeuger für die Erzeugung eines ersten Signals umfassen zur Durchschaltung des ersten leitenden Elements, sowie eines zweiten Sl^nales für das Sperren des ersten leitenden Elements ₃ eines dritten Signals zum Durchschalten des zweiten leitenden Elements und eines vierten Signale zum Sperren des leitenden zweiten Ixifcarsix Elements, sowie Verzögerungeeinrichtunsen für das Verzögern der Erzeugung des dritten Signals bis zum Sperren des ersten leitenden Elements und zum Verzögern des ersten Signals bis sura Sperren des zweiten leitenden Elements.

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11. Spannungsregler nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einstellbar« Verzögerungseinrichtungen.

12. Spannungsregler nach Anspruch 11, dadurch·gekennzeichnet, daft die Verzögerungseinrichtung*einen monostabilen Multivibrator umfassen, der für die Ansteuerung mit der Impulsfolge ausgebildet 1st und ein variables Zeitkonstantennetzwerk umfaßt.

13« Spannungsregler nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet« daß die ersten und zweiten leitenden Elemente Transistoren sind und der Signalerzeuger erste un.i zweite Transformatoren umfaßt, jeweils mit einem Paar von entgegengesetzt gepolten Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung, welche Sekundärwicklungen in den Basiskreis Je eines zugeordneten Transistors geschaltet sind.

11. Spannungsegler nach Anspruch 13, dadurch tfkenn zeichnet, daß die Transformatoren mit zweiten Sekundärwicklungen versehen sind» die mit zugeordneten Transls/toren gekoppelt sind zur Versorgung der Transistoren mit einer negenerativkuekkopplunf».

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