DE1588589A1 - Circuit arrangement for obtaining a stabilized and adjustable direct voltage with the aid of a thyristor from an alternating current network - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer stabilisierten und einstellbaren Gleichopannung mit Hilfe einen Thyristors aus einem Wechselstromnetz. Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer stabilisierten und einstellbaren Gleichspannung aus einem Wechselstromnetz mit Hilfe eines Thyristors, der durch Auschnittsteuerung auf der abfallenden Flanke der Periode der Netzapannung gezündet wird.Circuit arrangement for obtaining a stabilized and adjustable direct voltage with the aid of a thyristor from an alternating current network. The invention relates to a circuit arrangement for obtaining a stabilized and adjustable direct voltage from an alternating current network with the aid of a thyristor which is ignited by section control on the falling edge of the period of the network voltage.

Bekanntlich werden der&ige Schaltungsanordnungen u.a. schon zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren und zur 2instellung der Beleuchtungsstärke von Theaterscheinwerfern benutzt. Durch Anschnittsteuerung eines Thyristors kann man bekanntlich die Höhe der aus einer Gleichrichterschaltung zu entnehmenden Gleichspannung festlegen. Durch Voreinstellung eines Regelgliedes, beispielsweise von Hand, kann die Auschnittsphase und damit die zu gewinnende Gleichspannun_, auf einen Wert eingestellt werden, der im Betrieb bei Änderung der Verbraucherlast oder der die Schaltung speisenden Netzapannung selbsttätig im wesentlicheu konstant gehalten wird.It is well known that the circuit arrangements are already used for Speed control of DC motors and for setting the illuminance used by theater lights. By gate control of a thyristor can is known to be the level of the DC voltage to be taken from a rectifier circuit determine. By presetting a control element, for example by hand, can the cut-out phase and thus the DC voltage to be obtained are set to a value that during operation when there is a change in the consumer load or that which feeds the circuit Mains voltage is automatically kept essentially constant.

Vorschläge für Schaltungen zur Lösung dieser Aufgabe, eine regelbare und stabilisierte Gleichspannung durch Anschnittsteuerung eines Thyristors zu gewinnen, sind bereits mehrfach geriacht worden.Proposals for circuits to solve this problem, a controllable and to gain stabilized DC voltage by controlling a thyristor, have already been fought several times.

Diese bekannten Schaltungsariordnungen sind aber durchweg relativ kompliziert und aufwendig. Eine der bekannten Schaltungen für eine regelbare und stabilisierte Gleichspannung, die bereits gegenüber anderen bekannten Schaltuitgeanorduungen wesentlich vereinfacht ist, zeigt das in Fig. 1 gezeickaete..Ekehema.- Die 'Virkungsweine dieser bekannten Stabilisierungsschaltung beruht kurz gesagt auf dem besonderen elektrischen Verhalten von spannungsabhängigen Widerständen, auch VDR genanntg im Zusammenwirkeu mit einer Dreischichtdiode (z.B. Typ DR 100). Eine besont:ere Schwäche dieser Schaltung ist darin zu sehen, daß spannungsabhängige Widerstände bekanntlich fabrikationabedingt in ihren elektrischen Eigenschaften stark streuen. Insbesondere die Veränderung dieser Eigenschaften bei Erwärmung, also auch bei sich ändernden Umgebungstemperatureng erschwert eine Reproduzierung praktisch benötigter elektrischer Ligenschaften, was vor allem für eine Massenfertigung nicht tragbar ist. Eine weitere Einengung den Auwendungebereiches der bekannten Stabilisierungeschaltung bringt die Verwendung der Dreischichtdiode mit sich. Um das Durchhalten dieser Spezialdiode und damit ein Zünden den von ihr gesteuerten Thyristors zu erreichen, darf die Ausgangsspannung nicht unterhalb der Schaltepannung für die Dreischichtdiode liegend eingestellt werden. Das aber ist eine weitere Komplikation. Schließlich ist noch bei dieser Schaltung der kostenmäßige-Aufwand für die erforderlichen Bauelemente immer noch relativ hoch.However, these known circuit arrangements are all relatively complicated and expensive. One of the known circuits for a controllable and stabilized direct voltage, which is already considerably simplified compared to other known Schaltuitgeanorduungen, shows the shown in Fig. 1. Ekehema.- The 'Virkungsweine this known stabilization circuit is based on the special electrical behavior of voltage-dependent resistors , also called VDR in conjunction with a three-layer diode (e.g. type DR 100). A particular weakness of this circuit is to be seen in the fact that voltage-dependent resistors, as is well known, vary greatly in their electrical properties due to the manufacturing process. In particular, the change in these properties when heated, i.e. even when the ambient temperature changes, makes it difficult to reproduce the electrical properties that are required in practice, which is particularly unsustainable for mass production. The use of the three-layer diode brings about a further narrowing of the range of application of the known stabilization circuit. In order to achieve the perseverance of this special diode and thus an ignition of the thyristor-controlled by it, the output voltage may not be set lying below the Schaltepannung for the three-layer diode. But that is another complication. Finally, with this circuit, the cost outlay for the required components is still relatively high.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine stabilisierte und einstellbare Gleichspannungequelle zu schaffen, die zuverlässig arbeitet und dabei mit möglichst geringemAufwand an Schaltungsbauteilen auskommt. Dazu soll eine Einntellbarkeit der Höhe der zu gewinnenden stabilisierten Gleichspannung über einen möglichst weiten Bereich gegeben sein. &findungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, daß der Ansteuerimpuls zum Zünden des Thyristors von einem Tratisietor geliefert wird, an dessen Basis ein mit einer, rorzugeweine aus zwei Dioden oder einer Zener-Diode bestehenden Begrenzerechaltung verbundener Kondensator gelegt ist" dessen Lutladegeschwindigkeit iii Abhängigkeit von .#. er Stellung des Schleifers einen ltsgelwiderstandee geännert wird, der an der an den Ausgangsklemmen stehenden$ erzeugten Gleichspanuung liegt. Mit dieser erlindungsgemaßen Lösung ist es möglickg mit weniger und billigeren Bauelementen eine Schaltung zur Gewinnung einer stabilisierten Gleichspannung aus dem 11-echseletromuetz zu bauen, die to außerdem ermöglichti die zu erzeugentle üleichspannung über einen veiteren Bereich einstellbar zu machen.The invention was therefore based on the object of creating a stabilized and adjustable DC voltage source that works reliably and requires the least possible amount of circuit components. For this purpose, it should be possible to adjust the level of the stabilized direct voltage to be obtained over the widest possible range. According to the invention, this object has been achieved in that the trigger pulse for igniting the thyristor is supplied by a Tratisietor, at the base of which a capacitor connected to a limiter circuit consisting of two diodes or a Zener diode is placed "whose charge speed is dependent on. #. he position of the wiper is changed to a gel resistance which is due to the direct voltage generated at the output terminals. With this inventive solution, it is possible to build a circuit with fewer and cheaper components to obtain a stabilized direct voltage from the 11-echseletromuetz, the addition to ermöglichti to make the set to erzeugentle üleichspannung a veiteren area.

Einzelheiten der Lrfindun#, sind nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungebeispieleu nUer begehrieben. .Es zeigen Fig. 2 ein Schaltungaschema *Ines Austührungsbeispieln der erfindungs:,emäßen Anordnung; Fig* 3 ein weiteres Aunfährungsbeispiel der Art wie Pig» 29 jedoch mit einer Spannungsverdopplerschaltung kombiniert; Fig. 4 Spannungsdiagrämin und Impulebilder zur i,>läuterung der Funktion des Beispiel* nach Fig. 2.Details of the invention are sought after in the following on the basis of the exemplary embodiments shown in the drawings. . It shows Fig. 2 a circuit diagram * Ines Ausührungsbeispieln the inventive:, emäß arrangement; 3 shows a further example of the type like Pig 29 but combined with a voltage doubler circuit; FIG. 4 voltage diagram and pulse diagrams for clarifying the function of the example * according to FIG. 2.

Bei dem in Fig, 2 dargestellten Schaltungsuchema einen Ausführungsbeispiels der erfindungegemäßen Stabilizierungeschaltung für eine am #I:echselstronnetz zu betreibende Gleichspannungsquelle sind 2 und 1 die Eingangsklermen, mit denen die Schaltung an das -,letz angeschlossen wird. Die gewonnene stabilisierte Gleichspannung zur Speiaung eines hier nicht mit dargestellten Verbrauchers wird dann an den Ausgangsklemmen 3 und 1 abgenommen, wobei die I#lemme 1 hier Masse ist. Die Gleichrichtung der dem Netz entnommenen Wechselspannung erfolgt durch einen Thyristor T, dem eine Drossel L zur Begrenzung des durch ihn fließenden Stromes voreeschaltet ist. Der Thyristor T wird mit Spannungsimpulsen angesteuert und gezündetg die von einem Transistor Tr geiielert werden'und am Punkt 7 der Schaltung etwa in der Form auftreten, wie sie im schematischen Diagramm der Fig. 44dargestellt sind. Zur Lrzeugung dieser Zündimpulse für den '-hyristor T muß der erfindungegemäß dafür vorgesehene Transistor Tr in ganz bestimmter Ileise geschaltet sein. An die 'Jemme 4 ist zunächst eine stiibile Bezugsspannung, beispiel;weine über eine hier nicht mitgezeichnete Zener-Diode,gelegt,oder durch ein sowieso vorhandenes Niedervolt-Natzteil-i 4as die Speineapannung für die im Gerät befindlichen Transistoren liefert. Für das beschriebene Ausführungsbeispiel sowie für die in Fig. 4 gezeichneten Diagramme ist eine Bezugaspannung von+12 Volt zwischen den Klemmen 4 und 1 angenommen worden. Klemme 4 liegt demnach auf positiven Potential. An dieser positiven Bezugespannulig liegt dann auch der Axitter des Transistors Tr. während sein Kollektor über einenArbeitaviderstand R 4 an die Leitung der Eingangeklemme 1, also an Haaue angeschlossen ist. Die Basis den Transistors Tr ist einerseits an eine von der Leitung der Netzanachlußklemme abgehende, über einen Widerstand R 5 und einen 4ndensator C 1, geführte Leitung angeschlossen und andererseits an die Ableitwiderstände Rl und R 29 wobei R 2 als einstellbarer Regelwiderstand ausgebildet ist. Ferner liegt die Zuleitung zur Basis des Transistors Tr noch an einer Begrenzerschaltung, die aus einer nach Masse geschalteten Diode D 1 besteht und einer Diode D 2, die an die stabile" auch am hUmitter des Transistors liegende Bezugaspannung + 12 Volt gelegt ist. Mit C 3 ist ein in diesen Schaltungen an sich bekannter Lade-oder Speicherkondensator bezeichilet und C 4 ist ein Kondensator, der mit einem Widerstand R 3 zusammen ein Siebglied bildet" das zur Glättung von noch verbliebenen Wechselspannungsresten in der an dea Ausgangsklemmen 3 und 1 abnelunbaren Gleichspannung dient.In the circuit diagram shown in FIG. 2, an embodiment of the stabilization circuit according to the invention for a DC voltage source to be operated on the #I: echselstronnetz, 2 and 1 are the input terminals with which the circuit is connected to the last. The stabilized DC voltage obtained for feeding a consumer, not shown here, is then taken from output terminals 3 and 1 , with I # terminal 1 being ground here. The rectification of the AC voltage taken from the network is carried out by a thyristor T, which is preconnected by a choke L to limit the current flowing through it. The thyristor T is driven and ignited with voltage pulses which are activated by a transistor Tr and appear at point 7 of the circuit in the form shown in the schematic diagram in FIG. 44. In order to generate these ignition pulses for the thyristor T, the transistor Tr provided according to the invention must be switched in a very specific manner. A stable reference voltage is first applied to terminal 4, for example via a Zener diode not shown here, or through a low-voltage power supply unit that is present anyway, which supplies the battery voltage for the transistors in the device. For the exemplary embodiment described and for the diagrams shown in FIG. 4, a reference voltage of +12 volts between terminals 4 and 1 has been assumed. Terminal 4 is therefore at positive potential. The axitter of the transistor Tr. Is then also connected to this positive reference voltage, while its collector is connected to the line of the input terminal 1, i.e. to Haaue, via a work resistor R 4. The base of the transistor Tr is connected, on the one hand, to an outgoing line from the line of the Netzanachlußklemme, via a resistor R 5 and a 4ndensator C 1, and on the other hand to the leakage resistors Rl and R 29, where R 2 is designed as an adjustable variable resistor. Further, the supply line is to the base of the transistor Tr nor to a limiter circuit consisting of a switched to ground diode D 1 and a diode D 2 which is also applied to the stable "at hUmitter of the transistor lying Bezugaspannung + 12 volts. With C 3 is a charging or storage capacitor known per se in these circuits and C 4 is a capacitor which, together with a resistor R 3 , forms a filter element "which serves to smooth out any remaining AC voltage in the DC voltage that can be cut off at the output terminals 3 and 1 .

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung funktioniert nun folgendermaßen: Liegt der Momentwert der an den Eingangeklemmen 2 und 1 stehenden, in Fig. 4 a in etwa bildlich dargestellten Netzwechselapannung -zwischen der an der Klemme 4 liegenden konstanten Bezugsspannung von + 12 Volt und dem Wert 0 Voltt so leitet weder die Diode D 1 noeh die Diode D 2.. The circuit shown in Figure 2 now functions as follows: If the torque value of the property at the Eingangeklemmen 2 and 1 in Figure 4 a roughly depicted Netzwechselapannung the lying at terminal 4 constant reference voltage -between of + 12 volts and the value. 0 volts, neither the diode D 1 nor the diode D 2 conducts.

Ist nun die Netzspannungsamplitude positiv, und zwar mit einen Wertg der über der Bezugsspannung von + 12 Volt liegt, so fließt über den Widerstand R 5 ein Strom durch die dann leitende Diode D 2. Die Diode Dl sperrt bei diesem Spannungszustand. Bei negativer Netzepannungsamplitude leitet dann nur die Diode D 1 und die Diode D 2 sperrt. Die Spannung im Punkt 5 der Schaltung verläuft dann etwa so, wie es das schematische Diagramm in Fig. 4 b zeigt.Now, if the mains voltage amplitude is positive, and that is with a valuee the above the reference voltage of + 12 volts, a current flows through the resistor R5 by the then conducting diode D 2. The diode Dl blocks when this voltage state. If the mains voltage amplitude is negative, only diode D 1 conducts and diode D 2 blocks. The voltage at point 5 of the circuit then runs roughly as shown in the schematic diagram in FIG. 4b .

Durch die Gleichrichterwirkung der sogenannten Basis-Emitter-Diode den Transistors Tr im Zusammenwirken mit den Basiaableitwiderständen R 1 und IL 2 erzeugt der Kondensator C 1 bei jedem am Punkt 5 der Schaltung auftretenden Spannungssprung von Null nach positiv einen gleichgroßen Spannunggsprung am Punkt 6 der Schaltung, , siehe dazu auch Fig. 4 c. f 1.L Uber die Widerstände Itl und B 2 wird dieser Spannungsimpuls dann solange abgeleitetg bis die Basis-Emitter-Diode den Transistors Tr wieder leitend wird. In (liesem Noment schaltet der Transistor durch. ,An Kollektor tritt ein Spanntingssprung von 0 Volt nach + 12 Volt auf und dieser positive Spannungesprung in Punkt 7 (Fig. 4 d) wird über den Kondensator C 2 an die Zündelektrocie den Thyristors T geführt, wodurch er zündet. Die Sperrzeit der Basis-Emitter-Diode des Transistors Tr ist von der Höhe den Entladestromes den Kondensators C 1 abhängig. Diese hängt wiederum von der Spannung ab, die an dem Regelwiderstand R2 mit dessen Schleifer eingestellt wurde oder die sich dort durch eine etwa geänderte Netzspannung ergeben hat.Due to the rectifying effect of the so-called base-emitter diode, the transistor Tr in cooperation with the base discharge resistors R 1 and IL 2, the capacitor C 1 generates an equal voltage jump at point 6 of the circuit for every voltage jump from zero to positive that occurs at point 5 of the circuit, , see also Fig. 4 c. f 1.L This voltage pulse is then derived via the resistors Itl and B 2 until the base-emitter diode of the transistor Tr becomes conductive again. In (liesem Noment the transistor is turned on., An collector of a clamping Ting jump occurs from 0 volts to + 12 volts, and this positive Spannungesprung (in point 7 Fig. 4 d) is guided via the capacitor C 2 to the Zündelektrocie the thyristor T, The blocking time of the base-emitter diode of the transistor Tr is dependent on the level of the discharge current of the capacitor C 1. This in turn depends on the voltage that was set at the variable resistor R2 with its wiper or that runs through there has resulted in an approximately changed line voltage.

Zwiochen'die Ausgangsklepunen 3 und 1 wird ein Verbraucher geschaltet, Sinkt durch Erhöhung der Verbraucherlast die Spannung an der Ausgangsklemme 39 so sinkt auch die Spannung am Schleifer des Regelwiderstandes R 2. Dadurch wird der l#ondeusator C 1 schneller umgeladen. Der Transistor Tr wird dadurch früher leitend und gibt darum auch früher einen Zündizpuls an den Thyrister T ab. Da der Thyristor in dieser Schaltung jeweils auf der fallenden Flanke der positiven Halbwelle der Netzspannung zündet, wird durch ein früheren Zünden des Thyristors T der Speicherkondensator C3 auch auf eine höhere Spannung aufgeladen. Hierdurch wird ein Spannungsabfall an den Ausgangsklemmen 3 und 1 ausgeglichen und die Ausgangsspannung auf ihrer vorbestimmten Höhe gehalten, Bei Schwankungen der Netzspannung wirkt die Schaltung in gleicher Weise einer *m'derung der Gleichspannung an den Ausgangeklemmen 3 und 1 entgegen. Die Höhe der Gleichspannung an den Ausgangsklemmen 3 und 1 kann durch entsprechende Einstellung den Regelwiderstandes R 2 entsprechend der benötigten Verbraucherspannung geändert werden. Die in.den Schaltungsbeispielen nach Fige 2 und 3 verwendete Begrenzerschaltung kann anstatt mit den Dioden D 1 und D 2 auch mit einer Zener-Diode oder einem gesättigten Transformator oder .einer anderen Anordnung aufgebaut sein" die aus der Netzspannung in der für die Schaltung gewünschten Weine Impulse ableitet.Zwiochen'die Ausgangsklepunen 3 and 1 is switched to a consumer, the consumer drops by increasing load, the voltage at the output terminal 39 as the voltage at the wiper of the variable resistor R decreases 2. Thereby, the l # ondeusator C is transferred faster. 1 As a result, the transistor Tr becomes conductive earlier and therefore emits an ignition pulse to the thyrister T earlier. Since the thyristor in this circuit ignites on the falling edge of the positive half-cycle of the mains voltage, the storage capacitor C3 is also charged to a higher voltage if the thyristor T ignites earlier. Thereby, a voltage drop at the output terminals 3 and 1 is compensated for and maintaining the output voltage to its predetermined level at fluctuations in the mains voltage, the circuit operates in the same way a * m'derung the DC voltage to the Ausgangeklemmen 3 and 1 against. The level of the DC voltage at the output terminals 3 and 1 can be changed by setting the control resistor R 2 according to the required consumer voltage. The limiter circuit used in the circuit examples according to FIGS. 2 and 3 can also be constructed with a Zener diode or a saturated transformer or some other arrangement instead of the diodes D 1 and D 2, which can be made from the mains voltage in the manner required for the circuit Wine derives impulses.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Schaltung aus Fig. 2 mit einer an sich bekannten Spannungsverdoppler-Anordnung kombiniert, die hier aus einem Kondensator C 5, einen Gleichrichter GL und dem Thyristor T aufgebaut ist« Eine solche Schaltung verwendet man mit Vorteil in Fürbiernsehempfängern, bei denen man als Speinenpannung für die Üöhrenstufen eine hohe Gleichspannung von etwa 3Q0 bis 400 Volt benötigt. Da aber in dienen Gerü-,en für den Betrieb verschiedener Stufen eine stabilisierte Gleichspannung von +24 Volt sowieso zur Verfügung steht, benutzt man diese m eck.iäßig auch als Lazugzepannung für die Gleichrichterschaltung nach Fig. 3. In der Klemme 4 liel,rt dann also eine Bezugespannung von + 24 Volt, die aber größer ist als die für die Basis-Emitter-Diode den Transistors Tr zulässige Sperrspannung. Es wird deshalb durch Einfügen eines Kondensators C 6 in die Schaltun- zusammen mit dem Zendensator C 1 ein Spannungsteiler gebildet, mit dem die der Basis des Transistors zugeführte Bezugsspannung auf einen Wert reduziert wird, der nicht höher liegt als die für den Transistor zulässige Sperrspannung. Die an den Ausg4ngsklemmen 3 und 1 abzehmbare Gleichepannung wird in derselben Weise geregelt und eingestellt wie dies auch bei der Schaltung nach Fig. 2 geschieht.In FIG. 3 , the circuit according to the invention from FIG. 2 is combined with a voltage doubler arrangement known per se, which here is composed of a capacitor C 5, a rectifier GL and the thyristor T. Such a circuit is used with advantage in television receivers, where a high DC voltage of around 3Q0 to 400 volts is required as the spine voltage for the tube stages. But since, en a stabilized direct voltage of +24 volts is anyway serve odors for the operation of various levels are available, to use this m eck.iäßig as Lazugzepannung for the rectifier circuit of FIG. 3. In liel terminal 4, rt so then a COVERS voltage of + 24 volts, but is greater than the permissible for the base-emitter diode of the transistor Tr blocking voltage. A voltage divider is therefore formed by inserting a capacitor C 6 into the circuit together with the Zendensator C 1 , with which the reference voltage supplied to the base of the transistor is reduced to a value that is not higher than the reverse voltage permissible for the transistor. The DC voltage, which can be taken off at the output terminals 3 and 1 , is regulated and set in the same way as is also done with the circuit according to FIG.

Claims (2)

P a t e n t a n s p r ü che 1. Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer stabilisierten und einstellbaren Gleichspannung aus einem Wechselstromnetz mit Ililfe eines Thyristors, der durch Anschnittsteuerung auf der abfallenden Flanke der Periode der Netzspannung gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerimpuls zum Zünden des Thyristors (T) von einem Transistor (Tr) geliefert wird, an dessen Basis ein mit einer,vorzugeweise aus zwei Dioden (D 19 D 2) oder einer Zener-Diode bestehenden Begrenzerschaltung verbundener Kondensator (C 1) gelegt ist, dessen Ibtladegeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Stellung des Schleifers eines Regelwiderstandes (R 2) geändert wird, der an der den Aungangeklermen (3, 1) steheaden, erzeugten Gleichspaunung liegt. P atentans p r ü che 1. Circuit arrangement for obtaining a stabilized and adjustable direct voltage from an alternating current network with the aid of a thyristor, which is ignited by gate control on the falling edge of the period of the mains voltage, characterized in that the trigger pulse for igniting the thyristor (T ) is supplied by a transistor (Tr), at the base of which a capacitor (C 1) connected to a limiter circuit, preferably consisting of two diodes (D 19 D 2) or a Zener diode, is placed, the charging speed of which depends on the position of the wiper of a variable resistor (R 2) is changed, which is on the Aungangeklermen (3, 1) standing, generated constant spanning. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer an sich bekannten Spannungsverdopplerschaltung kombiniert ist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnetg daß als Bezugespannung für die Begrenzerschaltung die Spannung einen in Gerät vorhandenen Niedervolt-Netzteilen verwendet wirdv das vorzugsweise zur Speisung von Tranaistorstufen dient. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that it is combined with a voltage doubler circuit known per se. 3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that as a reference voltage for the limiter circuit, the voltage is used in an existing low-voltage power supply unit, which is preferably used to feed tranaistor stages.