DE2011283B2

DE2011283B2 - Spannungsregeleinrichtung

Info

Publication number: DE2011283B2
Application number: DE19702011283
Authority: DE
Priority date: 1969-03-12
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1972-06-22
Also published as: US3643152A; DE2011283A1; GB1249442A; FR2037965A5; JPS4810976B1

Description

lieh ist es bekannt (vgl, USA.-Patentschrift 3,022,457), für eine einstufige Transistorspannungsregelcinrichtung eine Reihenschaltung einer Z-Diode mit PTC-Charaktcristik und drei Dioden mit NTC-Chnrakteristik zu verwenden. Außerdem ist es für einen Transistorverstärker in einer Spannungsregelan-Ordnung nicht mehr neu (vgl. USA.-Patentschrift 3,178,633), zwei gegensinnig geschaltete Dioden mit PTC Charakteristik vorzusehen.

Des sveitercn ist eine Spannungsregelemrichtung bekannl (vgl. französische Patentschrift 1.273,328). bei der im Emitter-Basis-Kreis eines Transistors ein temperaturabhängiges Bauelement liegt.

Schließlich sind auch für sich Halbleiterbauelemente mit positivem Temperatur-Koeffizienten be kannl (vgl. »Elektric« 1968, Heft 2, S. 73, gemäß Slrom-Spannungs-Kurve Bild 2).

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Schaltbild einer bekannten Spannungsre geleinrichtung;

F i g. 2 die Kennlinie der bekannten -ipannungsregel einrichtung von Fig. 1 und der erfir»dungsgemäßen Spannungsreg'ileinrichtung;

F i g. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannungsreceleinrichtung und

Fig. 4 die Spannungs-Strom Kennlinie eines Ther mistors mit positivem Widerstands-Temperatur Koeffizienten, wie er für die erfindungsgemäße Spannungsre geleinrichtung verwendet wird.

Zur Erläuterung des Umstands, daß eine Zünd schaltung zu Schwierigkeiten in der Spannungsrege lung bei kleiner Last führt, ist eine übliche Spannungsregeleinrichtung in Fig. 1 abgebildet.

In Fig. 1 bezeichnet Q₁ einen Stelltransistor, Q₂ einen eine Regelabweichung verstärkenden Transistor, R₁ und R₂ Widerstände eines Spannungs Fühlers über der Ausgangsspannung V₀, R_} einen Emitterwiderstand des Transistors Q₂, Z eine Referenzdiode, R₄ einen Zündwiderstand für den Transistor Q₇, wel eher Widerstand als Nebenschlußwiderstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Stelltransistors Q_x angeordnet ist, 8 eine Last und 2 eine Stromquelle, bestehend aus einer Wechselspannungsquelle 3, einer Gleichrichteranordnung 5 und einem Schalter 4.

In dieser Scha'tung wird beim Schließen des Schalters 4 ein Zündstrom (Basisstrom) in den Transistor Q₂ über den Zündwiderstand R₄ eingespeist. Wenn der Transistor Q_} arbeitet, beginnt der Stelltransistor Q₁ zu arbeiten. Der Betrieb dieser Spannungsregcleinrichtung wird nämlich durch den Zündwiderstand R₄ eingeleitet. Ohne den Zündwidersiand /?₄ würde weder der Stelltransistor Q₁ noch der Transistor Q₂ zu arbeiten beginnen, selbst wenn der Schalter 4 geschlossen würde, so daß keine geregelte Spannung an die Last 8 abgegeben werden könnte.

Der Zündwiderstand A₄ ist also Tür das Inbetriebnehmen der Spannungsregeleinrichtutig unerläßlich. Der Zündwiderstand A₄ hat jedoch den Nachteil, daß er Schwierigkeiten in der Spannungsregelung bei klei ner Last verursacht, wie Fig. 2 zu entnehmen ist. Wenn der Laststrom gering ist (kleine Last), dann steigt die Lastktemmenspannung V₀ an, so daß die Spannungsregelung verlorengeht. Daher ist bei dieser bekannten Spannungsregeleinrichtung der Betriebsbe reich der Last 8 bei geregelter Spannung einge schränkt. Die SpannungsrcgeleinriclHung ist
nicht für kleine Lost geeignet.
Es soll jetzt die erfindungsgemäße Spaniumgsregel

einrichtung beschrieben werden;

ι In Fig. 3 ist ein Transistor Q, als Stelltransismr zur Einstellung der an die Last angelegten Spannung vorhanden, während eine Schaltung I einen Span nungsfühler im Kollektorkreis des Stelltransistors Q₁ bildet. Der Spannungsfühler umfaßt Widerstände />,

in und R-, zum Erfassen der Kollektorspannung des Stelltransisiors Q₁, eine Referenzdiode (Z-Diodc) Z zur Gewinnung eines Soll-Potentials und einen Emitterwiderstand R₃ eines weiteren Transistors Q₁. Dieser mit dem Spannungsfühler 1 verbundene Tran-

ii sistor Q₂ verstärkt die vom Spannungsfühler 1 erfaßte Regelabweichung bis zum Pegel des Basisansteucrsignals des Stelltransistors Q₁. Die Emitterspannung des Stelltransistors Q₂ wird relativ zur Kollektorspannung des Stelltransistors ß, durch die Refe-

2i) renzdiode Z konstant gemacht. Die Basisspannung des Transistors Q₃ folgt dt. Änderung der Kollektor spannung des Stelltransistors £,. Wie in der Span nungsregeleinrichtung von Fig. i ist eine Stromquelle 2 vorhanden, die eine Wechselspannungsquelle 3.

>s einen Schalter 4 und eine übliche Gleichrichteranord nung 5 zum Gleichrichten des Wechselstroms von der Wechselspannungsquelle 3 und zur Einspeisung der gleichgerichteten Spannung in Eingangsanschlüsse /, und i₂ der Spannungsregeleinrichtung umfaßt. 8

mi stellt eine Last zwischen Ausgangsanschlüssen O₁ und O₂ dar.

Erfindungsgemäß ist ein Thermistor Λ₅ vorhanden, der einen positiven Widerstands Temperatur-Koeffi zienten hat. von dem ein Ende mit der Basis des Stell transistors Q₁ und das andere Ende mit einer Leitung /,. für ein gemeinsames Bezugspotential verbunden ist. Die Spannungs Strom-Kennlinie des Thermistors Λ₅ bei konstanter Umgebungstemperatur ist in Fig. 4 aufgetragen, wonach der Thermistor Λ, niederohmig bei niedriger angelegter Spannung und hochohmig bei hoher Spannung ist. Als Thermistor Λ, können üb liehe Thermistoren mit positivem Widerstands Tempe ratur Koeffizienten benutzt werden.

Es soll jetzt das Einschwingverhalten der erfin

ti dungsgemäßen Spannungsregeleinrichcung betrachtet werden, wenn der Schalter 4 geschlossen wird. Wenn der Schalter 4 geschlossen wird, wird anfangs der Thermistor R_} nicht erhitzt, so daß er niederohmig ist. Daher fließt ein Strom zur Basis des Stelltransi stors Q₁ über den Thermistor R_y Dann wird der Stelltransistor Q₁ leitend gemacht, und er legt eine Spannung V₁ vom Eingangsanschluß i, am Ausgangs anschluß O₁ als Spannung V₀ an. Durch das AnIe gen der Spannung V₀ am Spannungsfühler 1 wird die 5 Ausgangsspannung V₀ auf ein Potential eingeregelt, das vorbestimmt ist durch die Widerstände Λ, und R₂, die Referenzspannung V. der Referenzdiode Z und den Verstärkungsfaktor des Transistors Q₁ durch die Mitkopplung des Transistors Q₁. Zu diesem Zeitpunkt nimmt, da eine höhere Spannung als die kritische Spannung V_m von Fig. 4 am Thermistor R_s angelegt wird, dessen Widerstandswert wegen des ihn durchfließenden Stroms zri, wodurch der normale Betrieb des Stelltransistors ο, und des Transistors Q₁ nicht gestört wird.

Erfindungsgemäß wird also ganz am Anfang, wenn der Schalter 4 geschlossen wird, der Zündstrom des Steliiransistors Q₁ durch den Thermistor

Λ, geleitet der sich im fliederohffligen Zustand befindet. Im normalen Betriebszustand der Spannungsregeleinrißhtung ist jedoch der Thermistor Λ« so hodiohmig, daß die Basis des Stelltransistors ß, von der Leitung l_e des gemeinsamen Be^ugspotentials getrennt ist.

Durch die Spannungsregeleinriehtung gemäß der Erfindung kann daher eine Spannungsregelung auch

Für kleine Lasten vorgenommen werden« so daß der wirksame Betriebsbereich Δ t größer wird (vgl. Fig. 2).

fcrfindungsgemäß ist also ein Thermistor «lit positivem Widerstands-Temperatur-Köeffizientert vorgesehen. Auf einfaehe Weise kann dadurch ein größerer Betriebsbereich bei niedriger Leistungsaufnahme erzielt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentanspruch:

Spannungsregeleinrichtung, die zwischen einer Stromquelle und einer Last angeordnet ist, mit t einem StcHtransistor, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor zur Regelung der an die Last angelegten Spannung aufweist und dessen Emitter an die Stromquelle anschüeßbar ist, mit einem Ausgangsanschluß, der einerseits an den Kollektor des Stelltransistors und andererseits an die Last angeschlossen ist, mit einem Spannungsfühler, der mit dem Kollektor des Stelltransistors zur Erfassung eines Regelabweichungssignals proportional zu der Potentialdifferenz zwischen dem Ist-Poten- π tial am Ausgangsanschluß und einem Soll-Potential verbunden ist, und mit einer Verstärkerschaltung, die zwischen der Basis des Stelltransistors und dem Spannungsfühler angeordnet ist, um das Regelabweichungssignal zu verstärken und das verstärkte Regelabweichungssignal in die Basis als Stellsignal einzuspeisen, so daß der Leitwert des Stelltransistors durch das Stellsignal verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermistor (A₅) mit einem positiven Widerstands-Tempe 2i ratur-Koeffizienten zwischen der Basis des Stelltransistors (Q₁) und einem gemeinsamen Bezugspotential (Leitung l_c) angeordnet ist, der beim Zünden des Stelltransistors niederohmig ist und einen Zündstrom in den Stelitransisior abgibt, während er ausreichend hochohmig j um Trennen der Basis des Stelltransistors von dem gemeinsamen Bezugs potential beim normalen Betrieb des Stelltransi stors ist (Fig. 3, 4).

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsregel einrichtung, die zwischen einer Stromquelle und einer Last angeordnet ist, mit einem Stelltransistor, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor zur Regelung der an die Last angelegten Spannung aufweist und dessen Emitter an die Stromquelle anschließbar ist, mit einem Ausgangsanschluß, der einerseits an den Kollektor des Stelltransistors und andererseits an die Last angeschlossen ist, mit einem Spannungsfühler, der mit dem Kollektor des Stelltransistors zur Erfassung eines Regelabweichungssignals proportional zu der Potentialdifferenz zwischen dem Ist Potential am Ausgangsanschluß und einem Soll Potential ver bunden ist, and mit einer Verstärkerschaltung, die zwischen der Basis des Stelltransistors und dem Spannungsfühler angeordnet ist, um das Regelabweichungssignal zu verstärken und das verstärkte Regel &o abweichungssignal in die Basis als Stellsignal einzuspeisen, so daß der Leitwert des SteUtransistors durch das Stellsignal verstellbar ist. Eine derartige Spannungsregeleinrichtung soll eine konstante Gleich spannung an die Last unabhängig von Schwankun 6» gen der Stromquelle abgeben.

Eine derartige Spannungsregeleinrichtung, bei der die Lost mit der Kollektorseite und die Stromquelle mit der Emitterseite des Stelltransistors verbunden ist, wird auch Kollektorfolger-Spannungsregeleinrichtung genannt.

Die Kollektorfolger-Spannungsregeleinrichtung hat eine bessere Welligkeitsunterdrückung als die üblichen Emitterfolger-Spannungsregeleinrichtungen, je doch den Nachteil, daß sie eine Zündschaltung benö tigt.

Als Zündschaltung ist eine Schaltung bekannt, bei der ein Widerstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Stelltransistors oder zwischen der Basis des Stelltransistors und einer Spannungsversorgungskitung geschaltet ist. Bei beiden Schaltungen kann jedoch keine Spannungsregelung bei geringer Last vorgenommen werden, d.h. der wirksame Regelbereich ist durch Lastschwankungen beschränkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsregeleinrichtung der eingangs genann ten Art anzugeben, bei der die Spannungsregelung bei kleiner Last unbeeinflußt bleibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ge löst, daß ein Thermistor mit einem positiven Wider stands Temperatur Koeffizienten zwischen der Basis des Stelltransistors und einem gemeinsamen Bezugs potential angeordnet ist, der beim Zünden des Stell transistors niederohmig ist und einen Zündstrom in den Stelltransistor abgibt, während er ausreichend hochohmig zum Trennen der Basis des Stelltransi stors von dem gemeinsamen Bezugspotential beim normalen Betrieb des Stelltransistors ist.

Bei der erfindungsgemäßen Spannungsregeleinrich tung wird also der Zündstrom in den Stelltransistor über den Thermistor eingespeist.

Demgegenüber war lediglich bekannt eine Anord nung zur temperaturabhängigen Regelung der Aus gangsspannung einer Energiequelle (vgl. Deutsche Auslegeschrift 1,200,426), die eine temperaturempfind liehe Brücke und eine mit zwei Eingängen versehene Vergleichsschaltung aufweist, von der ein Eingang an einen Diagonalpunkt der Brücke und der andere Ein gang an einen Zweig von der Ausgangsseite der Energiequelle angeschlossen ist. Die Brücke hat vier Zweige und enthält in zwei sich gegenüberliegenden Armen temperaturabhängige Widerstände mit niedrigem thermischem Widerstandswert, während die Ver gleichsschaltung und die von einer Stromquelle ge speiste Energiequelle jeweils zwei Transistoren auf weist. Durch diese bekannte Anordnung soll eine temperaturabhängige Regelung der Ausgangsspannung einer Energiequelle mit Bezug auf die am Energieverbraucher vorhandene Raumtemperatur erreicht werden, d.h. die Ausgangsspannung soll nicht konstant gehalten werden.

Es ist ferner ein Zweipunktregler, insbesondere für Temperatur Regelungen, bekanntgeworden (vgl. österreichische Patentschrift 231.012), um bei verhältnis mäßig langsam verlaufenden Vorgängen eine definierte Eis- und Ausschaltung zu erzielen. Auch hier ist eine Brückenschaltung mit einem als Fühler wirkenden temperaturabhängigen Widerstand in Form eines NTC Widerstands vorgesehen. Diese temperatur abhängige Brückenschaltung steuert einen zweistufigen Transistorverstärker, der ein Relais schaltet

Eine andere bekannte Strom- und Spannungsregel anordnung (vgl. USA. Patentschrift 2.693,572) weist zur Beschallung eines Transistors eine Z Diode mit PTC Charakteristik und einen temperaturkompensierenden Widerstand mit PTC Charakteristik auf. Ahn-