DE1513433C - Gleichstromversorgungsgerat mit Stell transistoren zur Spannungsstabilisierung - Google Patents

Description

In geregelten Gleichspannungsversorgungsgeräten, die ζ. B. aus dem Netz gespeist werden und keine oder nur sehr kleine Energiespeicher, wie Kondensatoren und Drosseln, besitzen, soll bei kurzzeitigen starken Schwankungen der Betriebsspannung die Ausgangsspannung konstant bleiben. Serienregelschaltungen, die für große Änderungen der Betriebsspannung dimensioniert sind, haben den Nachteil, daß das Stellglied für eine große Verlustleistung ausgelegt werden muß.

Ausgehend von einem Gleichstromversorgungsgerät mit Stelltransistoren zur Spannungsstabilisierung durch Vergleich der geregelten Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung, bei dem der Verbraucher aus jeweils einer von zwei im Gleichstromversorgungsgerät vereinigten Stromversorgungsquellen mit konstant geregelter Ausgangsspannung zu speisen ist, wird dieser Nachteil gemäß der Erfindung ohne Verschlechterung des Wirkungsgrades dadurch vermieden, daß die Stromversorgungsquellen, die eingangsseitig mit der gleichen Netzspannung gespeist sind und verschieden hohe Nenn-Ausgangsspannungen aufweisen, ausgangsseitig so zusammengeschaltet sind, daß die Versorgung des Verbrauchers bei Netznennspannung und kurzzeitigen Netzüberspannungen aus der Stromversorgungsquelle mit der kleineren Nenn-Ausgangsspannung erfolgt und daß die Stromversorgungsquelle mit der höheren Nenn-Ausgangsspannung die Stromversorgung des Verbrauchers bei Abfall der Netzspannung unter ihren Nennwert unterbrechungslos übernimmt, sobald die Spannung der anderen Stromversorgungsquelle etwa bis auf den Sollwert der geregelten Ausgangsspannung gesunken ist.

Durch die Ausregelung von kurzzeitigen Über- und Unterspannungen eines speisenden Netzes in getrennten Stabilisierungsschaltungen brauchen die Stelltransistoren nur für die Aufnahme kleiner Verlustleistungen ausgelegt zu werden.

Es sind bereits mehrere Schaltungen bekannt, wonach zwar einem Verbraucher zwei oder mehr selbständige Stromversorgungsgeräte zugeordnet sind, von denen aber keine eine Lösung für das vorliegende Problem darstellt. Für große Lastströme werden z. B. mehrere stabilisierte Netzgeräte parallel geschaltet (Wagner: »Stromversorgung«, 1964, S. 464/465). Einen Verbraucher zur Erzielung einer unterbrechungslosen Stromversorgung aus jeweils einem von zwei stabilisierten Stromversorgungsgeräten zu speisen, ist auch bekannt (deutsche Auslegeschrift 1148 637). Die Versorgung eines Verbrauchers aus einem Netzgerät und/oder einer Batterie, wobei die Höhe des Batteriestromes gesteuert wird, ist in der deutschen Auslegeschrift 1146 963 beschrieben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Reihenschaltung der Stromversorgungsquelle mit der höheren Nennspannung und der Emitter-Kollektorstrecke des zugehörigen Stelltransistors der anderen Stromversorgungsquelle parallel geschaltet. Im Basis-Emitterkreis dieses Stelltransistors sind dessen Referenzpannung und die ungeregelte Speisespannung der anderen Stromversorgungsquelle mit entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet. Dabei ist die im Basis-Emitterkreis liegende Referenzspannung für den mit der höheren Speisespannung arbeitenden Stelltransistor etwas größer als die des anderen Stelltransistors.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird an Hand der Figur näher erläutert.

In der Figur ist ein aus dem Wechselstromnetz gespeistes Gleichstromversorgungsgerät mit Stabilisierungsschaltung im Prinzip dargestellt. Der Netzübertrager Ü ist mit zwei vorzugsweise getrennten Sekundärwicklungen I, II verschiedener Windungszahl ausgerüstet, die zusammen mit den Gleichrichterbrücken G/1 und Gl 2 zwei Stromversorgungsquellen mit unterschiedlicher Nennspannung bilden. Zur Kleinhaltung der Brummspannung können die Ausgänge der Gleichrichterbrücken mit genügend großen Ladekondensatoren beschaltet oder die Netzübertrager und Gleichrichter mehrphasig ausgeführt werden. Die aus der Sekundärwicklung I mit dem Brückengleichrichter Gl 2 gebildete Stromversorgungsquelle liefert die höhere Speisespannung U 2, die so bemessen ist, daß auch der größte kurzzeitig auftretende Netzspannungsabfall ausgeregelt werden kann. Beide Stromversorgungsquellen arbeiten über je eine Stabilisierungsschaltung auf den gemeinsamen Verbraucher R.

An Stelle eines Wechsel- oder Drehstromnetzes | kann auch ein batteriegespeistes Netz verwendet wer- _:

den. Die Stromversorgungsquellen mit unterschiedlicher Nennspannung bestehen dann aus Gleichspannungswandlern.

Der Schaltungsteil, der bei Netz-Nennspannung den Verbraucher speist und der Netzüberspannungen ausregeln soll, besteht aus der Stromversorgungsquelle (Transformatorwicklung II, Gleichrichterbrücke GZ1) mit der Speisespannung U1 und dem Stelltransistor Ts 1, dessen Kollektor-Emitterstrecke im Längszweig der Schaltung liegt. Die einer konstanten Spannungsquelle entnommene Referenzspannung Us 1, die im Steuerkreis des Transistors liegt, ist so gepolt, daß sie den Transistor öilnet. Der Referenzspannung entgegen wirkt die Ausgangsspannung Ug, so daß jeweils die Differenz der beiden Spannungen die Aussteuerung des Stelltransistors bestimmt. Die Referenzspannung Us 1 ist um den Betrag der Basis-Emitter-Restspannung (etwa 1 V) größer als die Ausgangsspannung Ug und außerdem so zu bemessen, daß der Transistor Ts 1 beim Nennwert der Netzspannung nur kurzzeitige Netzüber- ^: Spannungen und Brummspannungen ausregelt. Als Voraussetzung für den Regelvorgang muß die ungeregelte Gleichspannung U1 immer größer als die geregelte Ausgangsspannung Ug sein.

Fällt die Netzspannung so stark ab, daß die ungeregelte Speisespannung U1 nahezu die Ausgangsspannung Ug erreicht, so übernimmt die Stromversorgungsquelle mit der höheren Nennspannung die Last. Der dazu vorgesehene zweite Schaltungsteil > enthält die Stromversorgungsquelle mit der Span- i nung U 2, den Stelltransistor Ts 2 und die konstante Spannungsquelle für die Referenzspannung Us 2. Die Reihenschaltung der zweiten Stromversorgungsquelle U 2 mit der Kollektor-Emitterstrecke des Stelltransistors Ts 2 ist der Stromversorgungsquelle U1 vor dem Stelltransistor Ts 1 parallel geschaltet, indem der Emitter vom Transistor Ts 2 mit dem positiven Pol (Kollektor von TsI) und der negative Pol der Stromversorgungsquelle U 2 mit dem negativen Pol der Stromversorgungsquelle U1 verbunden ist. Im Basis-Emitterkreis des Transistors Ts 2 liegen mit entgegengesetzter Polung die Referenzspannung Us 2 und die Spannung U1 in Reihe. Sinkt die Speise-

spannung U1 infolge eines Spannungsabfalles im Netz unter die Referenzspannung Us 2, dann wird der Transistor Ts 2 leitend. Die Versorgung des Verbrauchers R mit konstanter Spannung wird so von der anderen Stromversorgungsquelle übernommen und ohne Unterbrechung fortgesetzt. Die Referenzspannung Us 2 für den Transistor Ts 2 wird etwas größer als die Referenzspannung Us 1 gewählt.

An die Stelle einer Serienregelschaltung kann auch eine Parallelregelschaltung mit einem oder mehreren Stelltransistoren im Querzweig treten.

Um die Stelltransistoren, die nur für die Aufnahme kleiner Verlustleistungen ausgelegt sind, vor der Zerstörung zu schützen, wenn langer anhaltende größere Netzspannungsabweichungen auftreten, können transformatorische Regler oder zusätzliche Mittel zur Abschaltung des Stromversorgungsgerätes vorgesehen werden. Eine andere Schutzmaßnahme besteht darin, daß gleitende Referenzspannungen mit großer Zeitkonstante verwendet werden, die bewirken, daß die Ausgangsspannung Ug so verschoben wird, daß sich die Transistoren nicht übermäßig erwärmen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom Versorgungsgerät mit Stelltransistoren zur Spannungsstabilisierung durch Vergleich der geregelten Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung, bei dem der Verbraucher aus jeweils einer von zwei im Gleichstromversorgungsgerät vereinigten Stromversorgungsquellen mit konstant geregelter Ausgangsspannung zu speisen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsquellen (G/1, Gl 2), die eingangsseitig mit der gleichen Netzspannung gespeist sind und verschieden hohe Nenn-Ausgangsspannungen aufweisen, ausgangsseitig so zusammengeschaltet sind, daß die Versorgung des Verbrauchers (R) bei Netznennspannung und kurzzeitigen Netzüberspannungen aus der Stromversorgungsquelle (G/1) mit der kleineren Nenn-Ausgangsspannung erfolgt und daß die Stromversorgungsquelle (G/ 2) mit der höheren Nenn-Ausgangsspannung die Stromversorgung des Verbrauchers bei Abfall der Netzspannung unter ihren Nennwert unterbrechungslos übernimmt, sobald die Spannung der anderen Stromversorgungsquelle (G/1) etwa bis auf den Sollwert der geregelten Ausgangsspannung gesunken ist.

2. Gleichstromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Stelltransistoren im Längszweig des Gleichstromversorgungsgerätes angeordnet sind (Serienregelschaltung).

3. Gleichstrom Versorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Stelltransistoren im Querzweig des Gleichstromversorgungsgerätcs angeordnet sind (Parallelregelschaltung).

4. Gleichstromversorgungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der Stromversorgungsquelle (G/2) mit der höheren Nennspannung und der Emitter-Kollektorstrecke des zugehörigen Stelltransistors zur anderen Stromversorgungsquelle (G/1) parallel geschaltet ist und daß im Basis-Emitterkreis dieses Stelltransistors (Ts 2) die zugehörige Referenzspannung (Us 2) und die ungeregelte Speisespannung (U 1) der anderen Stromversorgungsquelle (G/1) mit entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet sind.

5. Gleichstromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannungen aus getrennten Sekundärwicklungen eines einphasigen Netztransformators mit nachgeschalteten Gleichrichtern und Ladekondensatoren zu entnehmen sind.

6. Gleichstromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannungen aus getrennten Sekundärwicklungen eines mehrphasigen Netztransformators mit nachgeschalteten Gleichrichtern zu entnehmen sind.

7. Gleichstromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelltransistoren für Kurzzeitschwankungen und damit für kleine Verlustleistung ausgelegt sind.

8. Gleichstrom Versorgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von hohen Verlustleistungen der Stelltransistoren bei Langzeitschwankungen die Referenzspannungen mit entsprechender Zeitkonstante gleitend ausgelegt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen