DE2003654A1 - Circuit arrangement for keeping an output voltage constant - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Ausgangsspannung Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Ausgangsspannung beim Anlegen stark unterschiedlicher Eingangsspannungen mit einem als steuerbarer Widerstand wirkenden Längstransistor.Circuit arrangement for keeping an output voltage constant subject The invention is a circuit arrangement for keeping an output voltage constant when applying very different input voltages with one as controllable Resistance acting series transistor.

Schaltungsanordnungen zur Konstanthaltung von Strömen oder Spannungen mit Hilfe von Referenzdioden und Transistoren sind in vielen Varianten bekannt geworden. Bei Spannungskonstanthaltern unterscheidet man grundsätzlich zwischen Schaltungen mit einem parallel zur Last liegenden Leistungstransistor und Schaltungen,mit einem als steuerbarer Widerstand wirkenden Leistungstransistor im Laststroskreis.Circuit arrangements for keeping currents or voltages constant with the help of reference diodes and transistors have become known in many variants. In the case of voltage stabilizers, a basic distinction is made between circuits with a power transistor and circuits parallel to the load, with a Power transistor acting as a controllable resistor in the load circuit.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Schaltungen der letztgenannten Art so weiterzuentwickeln, daß sie beim Anlegen von im Verhältnis 1 : 10 oder gar 1 : 15 schwankenden Eingangsspannungen eine konstante Ausgangsspannung abgeben Die bisher bekanntgewordenen Spannungskonstanthalter sind dagegen lediglich in der Lage, Spannungsschwankungen von etwa 20 bis 30 aus zu regeln.It is the object of the invention to provide circuits of the last-mentioned type to develop further that they can be used in a ratio of 1:10 or even 1:15 fluctuating input voltages a constant output voltage The voltage stabilizers that have become known up to now are only able to regulate voltage fluctuations of around 20 to 30.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst in Fig. 1 eine bekannte Konstantstromquelle und in Fig. 2 eine bekannte Konstantspannungsquelle beschrieben.For a better understanding of the invention is first shown in FIG known constant current source and in Fig. 2 a known constant voltage source described.

In Fig. 1 sind mit D1 und D2 zwei in Reihe geschaltete Halbleiterdioden bezeichnet, deren Summe der Spannungsabfälle in Durchlaßrichtung als Referenzspannung dient. Diese Dioden bilden in Reihe mit einem Widerstand R1 einen ersten Spannungsteiler, der mit den EinWangsklemmen E1 und K2 verbunden ist. Der Spannungsteiler wird von einem Strom II durchflossen. Der Abgriff des Spannungsteilers liegt an der Basis eines Transistors T7, dessen ritter über einen Widerstand R2 mit der Klemme K 1 und dessen Kollektor mit der Klemme K 2 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors gibt einen Strom I2 ab, der konstant bleiben soll. Dies trifft jedoch nur für relativ kleine Änderungen der i:ingangsspannung Ul su. Ändert sich nämlich die Eingangsspannung U1 in weiten Grenzen, so ändert sich mit dem Strom I1 auch die Referenzspannung an den Dioden D1,D2, deren gennlinie einen etwa logarithmischen Verlauf hat. Als Folge davon schwankt die Spannung über dem Emitterwiderstand R2 des Transistors T1 und damit auch der konstant zu haltende Ausgangsstrom I 2. Im Prinzip könnten die Referenzdioden D1,D2 durch eine Zener-Diode mit geeigneter Durchbruchsspannung ersetzt werden. Die Abhängigkeit des Ausgangsstromes I2 von der Eingangsspannung U1 würde dadurch nur unwesentlich beeinflußt.In Fig. 1, D1 and D2 are two series-connected semiconductor diodes the sum of the voltage drops in the forward direction as the reference voltage serves. These diodes form a first voltage divider in series with a resistor R1, which is connected to input terminals E1 and K2. The voltage divider is from flowed through a stream II. The tap of the voltage divider is at the base of a transistor T7, the ritter of which is connected to terminal K 1 via a resistor R2 and whose collector is connected to terminal K 2. The collector of the transistor outputs a current I2, which should remain constant. However, this is only true for relative reasons small changes in the i: input voltage Ul su. Namely, if the input voltage changes U1 within wide limits, the reference voltage also changes with the current I1 at the diodes D1, D2, whose characteristic curve has an approximately logarithmic course. as As a result, the voltage across the emitter resistor R2 of the transistor fluctuates T1 and thus also the output current I 2 to be kept constant. In principle, could the reference diodes D1, D2 by a Zener diode with a suitable breakdown voltage be replaced. The dependence of the output current I2 on the input voltage This would only have an insignificant effect on U1.

Der Spannungskonstanthalter gemäß Fig. 2 besteht aus einem TZ -I Leistungstransistor 4N! in der Lastleitung, einem ersten Spannungsteiler R3, T3, D3 und einem zweiten Spannungsteiler R4, P, R5. Der erste Spannungsteiler ist aus einem ohmschen Widerstand R3, der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T3 und einer Zener-Diode D3 gebildet. Der zwischen dem Widerstand R3 und dem Kollektor eines Transistors T3 liegende Abgriff des Spannungsteiler ist mit der Basis des Transistors T2 verbunden. Der zweite Spannungsteiler besteht aus den ohmschen Widerständen R4, R5 und einem Potentiometer P, dessen Abgriff zur Basis des Transistors T3 geführt ist. Die Eingangsspannung Ul liegt an den Klemmen K3 und K4, die Ausgangsspannung U2 an den Klemmen K5 und EG.The voltage stabilizer according to FIG. 2 consists of a TZ -I power transistor 4N! in the load line, a first voltage divider R3, T3, D3 and a second Voltage dividers R4, P, R5. The first voltage divider consists of an ohmic resistor R3, the collector-emitter path of a transistor T3 and a Zener diode D3 educated. The one between the resistor R3 and the collector of a transistor T3 lying tap of the voltage divider is connected to the base of the transistor T2. The second voltage divider consists of the ohmic resistors R4, R5 and one Potentiometer P, the tap of which is led to the base of transistor T3. The input voltage Ul is at terminals K3 and K4, the output voltage U2 at terminals K5 and EG.

In dem ersten Spannungsteiler fließt ein Strom I3, der mit der Eingangsspannung Ul ansteigt. Die Größe des Stromes I3 hängt außerdem von dem Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 ab. Der Spannungsablall an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 an durch Verstellung des Potentiometerabgriffes geändert werden. Bei wachsender Eingangsspannung U1 erhöht sich der Spannungsabfall an den Widerstand R3 und das Potential der Basis des Transistcrs T2 wird in negativer Richtung verschoben. Dadurch erhöht sich der Kollektor-Emitter-Widerstand des Transistor T2 und die an dieser Strecke abfallende Spannung. Der Transistor muß also für eine Verlustleistung ausgelegt sein, die durch die Gleichung (U 1 max - U 2) . I 4 gegeben ist.A current I3 flows in the first voltage divider and increases with the input voltage Ul. The magnitude of the current I3 also depends on the resistance of the collector-emitter path of the transistor T3. The voltage drop at the collector-emitter path of the transistor T3 can be changed by adjusting the potentiometer tap. When the input voltage U1 increases, the voltage drop across the resistor R3 increases and the potential of the base of the transistor T2 is shifted in the negative direction. This increases the collector-emitter resistance of transistor T2 and the voltage dropping along this path. The transistor must therefore be designed for a power loss that is determined by the equation (U 1 max - U 2). I 4 is given.

Ist das Verhältnis U 1 max - U 2 sehr groß, so kann der Strom U 1 min - U 2 I 3 Werte annehmen, die zu einer Zerstgrung des Transistors T 3 und der Diode führen.If the ratio U 1 max - U 2 is very large, the current U 1 min - U 2 I 3 assume values that destroy the transistor T 3 and the Lead diode.

Selbst wenn man jedoch Bauelemente mit sehr großen Verlustleistungen verwenden würde, könnte die Spannung U 2 nicht mehr ausreichend konstant gehalten werden, wenn die Eingangsspannung U 1 im Verhältnis 1 : io oder gar 1 : 15 schwankt. Derart unterschiedliche Eingangsspannungen treten beispielsweise auf, wenn elektronische Geräte oder Baugruppen ohne die Zwischenschaltung von Transformatoren oder Gleichspannungswandlern wahlweise an eine der üblichen Betriebsspannungen von 24, 60, 11o oder 220 V angeschlossen werden sollen. In diesem Fall kann die minimale Eingangsspannung bei 19 V und die maximale Eingangsspannung bei etwa 2?0 V liegen. Bei 15 V Ausgangsspannung muß also der Spannungsabfall in der Schaltung zwischen 4 und 255 V variiert werden können.However, even if you have components with very high power losses would use, the voltage U 2 could no longer be kept sufficiently constant when the input voltage U 1 fluctuates in a ratio of 1: io or even 1:15. Such different input voltages occur, for example, when electronic Devices or assemblies without the interposition of transformers or DC voltage converters optionally connected to one of the usual operating voltages of 24, 60, 11o or 220 V. should be. In this case the minimum input voltage can be at 19 V and the maximum input voltage should be around 2? 0 V. So at 15 V output voltage the voltage drop in the circuit can be varied between 4 and 255 V.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Schaltungsanordnung nach dem Gattungsbegriff in dem anderen Zweig des Spannungsteilers eine Konstantstromquelle liegt, deren Strom durch einen zusätzlichen Widerstand weitgehend stabilisiert ist. The object is achieved in that, in a circuit arrangement according to the generic term, a constant current source is located in the other branch of the voltage divider, the current of which is largely stabilized by an additional resistor.

Gemäß der weiteren Erfindung ist die Konstantstromquelle mit einem zusätzlichen Transistor ausgerüstet, der bei zu großem Laststrom die Referenzspannung verkleinert und dadurch den Laststrom auf ungefährliche Werte begrenzt.According to the further invention, the constant current source is with a equipped with an additional transistor, which sets the reference voltage if the load current is too high and thus the load current is limited to harmless values.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Fig. 3 der Zeichnung erläutert. Sie zeigt eine Konstantspannungsquelle, die zugleich das Prinzip der Schaltungen gemäß Fig. 1 und Fig.2 verwendet. Einander entsprechende Bauelemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention is based on FIG. 3 of the drawing explained. It shows a constant voltage source, which is at the same time the principle of Circuits according to Fig. 1 and Fig.2 are used. Corresponding components are therefore provided with the same reference numerals.

Die Schaltung des Leistungstransistors T2, des Steuertransistors T3, der Zenerdiode D3 und des Spannungsteiler R4, P, R5 ist die gleiche wie in Fig. 2. Die Basis des Transistors T 2 ist jedoch nicht mit einem Widerstand R3 verbunden, sondern sie liegt stattdessen am Ausgang einesStromkonstanthalters, der einen Strom I2 liefert. Dieser Stromkonstanthalter weist als steuerndes Element einen Transistor T1 auf, in dessen Emitter-Leitung ein Widerstand R2 liegt. Die Basis dieses Transistors ist mit einem Spannungsteiler verbunden, der aus den Dioden D1,D2 und dem Widerstand R1 besteht. Um bei hohen Eingangsspannungen die Strombelastung des Transistors T1 gering zu halten, ist sein Emitter über einen Widerstand RE mit der Minusleitung verbunden. Mit wachsender Spannung fließt also ein erheblicher Teil des Stromes über den Widerstand R 6 ab. Dieser mit I 5 bezeichnete Strom trägt dazu bei, daß die Konstanz des Stromes I 2 verbessert wird. The circuit of the power transistor T2, the control transistor T3, the Zener diode D3 and the voltage divider R4, P, R5 is the same as in FIG Output of a current stabilizer which supplies a current I2. As a controlling element, this current stabilizer has a transistor T1, in the emitter line of which there is a resistor R2. The base of this transistor is connected to a voltage divider, which consists of the diodes D1, D2 and the resistor R1. In order to keep the current load on the transistor T1 low at high input voltages, its emitter is connected to the negative line via a resistor RE. As the voltage increases, a considerable part of the current flows through the resistor R 6. This current, denoted by I 5, helps to improve the constancy of the current I 2.

Die Schaltung weist als weitere Bauelemente einen Widerstand R7 in der Lastleitung und einen Transistor T4 auf, dessen Emitter-Eollektor-Strecke parallel zu der Reihenschaltung aus dem Widerstand R tZund den Dioden D7, D2 angeordnet ist. Die Basis dieses Transistors liegt an dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R und der Diode Dl. An dem niederohmigen Widerstand R $ fällt eine Spannung ab, die dem Laststrom I4 proportional ist. Sobald diese Spannung einen bestimmten Wert erreicht, wird der Transistor T 4 aufgesteuert, wodurch die Spannung zwischen dem Pluspol der Speisespannungsquelle und der Basis des Transistors T 1 unter die durch die Dioden Dd, D2 festgelegte Referenzspannung absinkt. Als Folge davon wird der an sich konstant zu haltende Strom I 2 verkleinert'und der Transistor T 2 in einen Bereich höheren Widerstandes hineinflesteuert. Der Laststrom wird damit automatisch auf einen bestimmten Wert begrenzt. Die höhe dieses Granzwertes ist durch den Wert des Widerstandes R7 vorgegeben.The circuit has a resistor R7 in as further components the load line and a transistor T4 whose emitter-collector path is parallel to the series circuit of the resistor R tZ and the diodes D7, D2 is arranged. The base of this transistor is at the connection point between the resistor R and the diode Dl. A voltage drops across the low resistance R $, which is proportional to the load current I4. Once this voltage has a certain value reached, the transistor T 4 is turned on, whereby the voltage between the Positive pole of the supply voltage source and the base of the transistor T 1 under the through the reference voltage specified by the diodes Dd, D2 drops. As a result, the current I 2, which is to be kept constant, and the transistor T 2 into one Area of higher resistance. The load current is thus automatic limited to a certain value. The height of this limit value is determined by the value of the resistor R7.

Die Erfindung ermöglicht eine wesentliche Verbilligung der Spannungsversorgung von elektronischen Geräten, die wahlweise an verschieine Netzspannungen anschließbar stein sollen.The invention enables the voltage supply to be significantly cheaper of electronic devices that can be optionally connected to different mains voltages stone should.

Darüber hinaus wird die Typenzahl und Lagerhaltung von Spannungsversorgungseinheiten verringert. Die zusätzliche Einrichtung zur automatischen Strombegrenzung schützt die Schaltung vor einer Beschädigung beim versehentlichen Anschließen von Verbrauchern mit zu niedrigem Widerstandswert.In addition, the type number and storage of power supply units decreased. The additional device for automatic current limitation protects the circuit from damage if consumers are accidentally connected with too low a resistance value.

6 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung 6 pages description 3 claims 1 sheet of drawing

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Ausgangs spannung beim Anlegen stark unterschiedlicher Eingangsspannungen mit einem als steuerbarer Widerstand wirkenden Längstransistor, dessen Basis mit der Anzapfung eines Spannungsteilers verbunden ist, der in einem Zweig die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors in Reihe mit einer Referenzdiode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem anderen Zweig des Spannungsteilers eine Konstantstromquelle (D1,D2,R1,R2,T1) liegt, deren Strom (I2) durch einen zusätzlichen Widerstand (R6) weitgehend stabilisiert ist. Claims: 1. Circuit arrangement for keeping a constant Output voltage when applying very different input voltages with a Series transistor acting as a controllable resistor, the base of which is connected to the tap a voltage divider is connected, the emitter-collector path in a branch of a transistor in series with a reference diode, characterized in that that in the other branch of the voltage divider a constant current source (D1, D2, R1, R2, T1) whose current (I2) is largely stabilized by an additional resistor (R6) is. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch Fekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle in einem ersten Zweig einer ) Reterenzdiode (D1,D2) in Reihe mit einem Widerstand (R1), in einem zweiten Zweig einen rein ohmschen Spannungsteiler (R2, R6) und zwischen den beiden Zweigen einen als Stromquelle geschalteten Transistor (T1) aufweist, dessen Basis mit dem Abgriff des ersten Zweiges und dessen Ausgangselektrode mit der Basis des Langstransistors (T2) verbunden ist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the constant current source in a first branch of a retentive diode (D1, D2) in series with a resistor (R1), in a second branch a purely ohmic voltage divider (R2, R6) and a transistor connected as a current source between the two branches (T1), whose base with the tap of the first branch and its output electrode is connected to the base of the long transistor (T2). 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Laststromkreis und vor dem Längstransistor (T2) ein ohmscher Widerstand (R7) liegt, daß parallel zu diesem Widerstand und der Referenzdiode CD1,D2) der Konstantstromquelle ein weiterer Transistor (T4) liegt und daß der Spanaungsabfall an diesem Widerstand den Transistor (T4) im Sinne einer Iastßtrombegrenzung aussteuert. 3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that in the load circuit and in front of the series transistor (T2) there is an ohmic resistor (R7) that parallel to this resistor and the reference diode CD1, D2) of the constant current source, another transistor (T4) and that the voltage drop across this resistor controls the transistor (T4) in the sense of a load current limitation. L e e r s e i t eL e r s e i t e