DE2339067A1

DE2339067A1 - Stabilisiertes netzgeraet

Info

Publication number: DE2339067A1
Application number: DE19732339067
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl Ing Reger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-01
Filing date: 1973-08-01
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2339067B2

Description

Die Erfindung betrifft ein stabilisiertes Netzgerät für zwei Ausgangsspannungen entgegengesetzter Polarität, die bezüglich, des Nullpotentials symmetrisch sind, mit einem Stellglied in der Ausgangsleitung für jede Ausgangsspannung, das von jeweils einem Regelverstärker steuerbar ist und dem die von dem zugehörigen Stellglied gestellte Ausgangsspannung zugeführt ist und mit einer Eeferenzspannungsquelle als Sollwertgeber, deren Referenzspannung an einem der Regelverstärker liegt.

Solche stabilisierten Netzgeräte werden zur Stromversorgung integrierter Schaltkreise eingesetzt und sind im Handel erhältlich. Bei diesen bekannten Netzgeräten wird die Referenzspannung dem Regelverstärker für die positive Ausgangsspannung zugeführt. Zur Sollwertvorgabe für die Regelung der negativen Ausgangsspannung wird die Ausgangsspannung der positiven Seite über einen Spannungsteiler direkt verwendet. Wegen der Sollwertvorgabe von der positiven Seite her, erreicht dabei die Ausgangsspannung der negativen Seite ihren Nennwert verzögert gegenüber der positiven Auegangsspannung. Außerdem ist diese Sollwertvorgabe relativ aufwendig. Wird das bekannte Netzgerät mit einem Stromüberlastungeechutz ausgerüstet, so ist mit diesem Stromüberlastungsschutz nicht gewährleistet, daß die beiden Ausgangsspannungen im Überlastungsfall symmetrisch zum Nullpotential bleiben.

Es besteht die Aufgabe ein stabilisiertes Netzgerät der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln aufzubauen, das un-

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verzögert voll betriebsbereit ist und bei dem im Überlastungsfall die beiden Ausgangsspannungen symmetriscli zum Nullpotential bleiben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die teferenzspannung beiden Regelverstärkern zugeführt ist und daß in jeder Ausgangsleitung ein Fühler vorgesehen ist, dessen Meßaignal der Spannung der Referenzspannungsquelle so überlagert ist, daß die Referenzspannung sich verkleinert, wenn der Strom in einer der Ausgangslei+ungen einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet.

Bei den erfindungsgemäßen Meßgerät werden ausgehend von nur einer Referenzspannung, die sowohl dem Regelverstärker für die positive Seite als auch dem Regelverstärker für die negative Seite zugeführt ist, zwei stabilisierte Ausgangsspannungen entgegengesetzter Polarität erzeugt. Der Aufbau dieses Netzgerätes ist wegen dieser direkten Zuführung der Referenzspannung an beide Regelverstärker äußerst einfach. Der Überlastungsschutz für 3ede Ausgangsleitung greift in den Sollwertgeber dadurch direkt ein, daß bei Überlastung Ale Referenzspannung verkleinert wird, so daß beide Ausgangsspannungen gleichzeitig auf einen kleineren Spannungswert zurückgeregelt werden und dabei ihre Symmetrie zum lullpotential erhalten bleibt.

Die Regelverstärker können Operationsverstärker sein, wobei dem nicht invertierenden Eingang jedes Operationsverstärkers über einen Widerstand die Referenzspannung zugeführt sein kann und am invertierenden Eingang des die positive Ausgangsspannung regelnden Operationsverstärkers die positive Ausgangsspannung zugeführt ist, wobei der invertierende Eingang des die negative Ausgangsspannung regelnde Opertionsverstärkers mit dem Nullpotential verbunden sein kann und seinem nicht invertierten Eingang die negative Ausgangsspannung zugeführt ist.

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Jedem Fühler in einer der Ausgangsleitungen kann ein Verstärker naohgesohaltet sein. Vorzugsweise sind die Ausgänge der Verstärker über Intkopplungsdioden miteinander verbunden und der Serbindungspunkt der Intkopplungsdioden ist über den Widerstand mit der Heferenzepannungsquelle verbunden, über den die Referenzspannung den Rege!verstärkern zugeführt ist. Dadurch wird die den Heßsignalen der Fühler entsprechende Spannung der Referenzspannung direkt überlagert und verkleinert diese, wenn eines der Meßsignale der Fühler einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet. Damit ist ein sehr einfacher Aufbau des Überlaetungsschutzes gegeben, der keine besonderen zusätzlichen Kosten verursacht. Als Fühler kann ein Meßwiderstand in jeder Ausgangeleitung vorgesehen sein, dessen Anschlußklemmen mit einem der Verstärker verbunden sind. Als Verstärker kann je ein Operationsverstärker vorgesehen sein, wobei die Anschlußklemmen jedes Meßwiderstandes über Spannungsteiler den beiden Eingängen eines der Operationsverstärkers zugeführt sein können und in einem der Spannungsteiler jeder Ausgangsseite ein Potentiometer zur Einstellung des Ansprechwertes des Überlastungsschutzes vorgesehen sein kann.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße stabilisierte Netzgerät beispielhaft anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hetzgerätes, line positive lingangsspannung U-, ist über eine Klemme 1 einem Stellglied 2 und eine negative Eingangs spannung - Uj, ist über eine Klemme 3 einem Stellglied 4 zugeführt. An der Ausgangskiemme 5 liegt die positive Ausgangsspannung +U^ und an der Ausgangsklemme 6 liegt die negative Ausgangsapannung -U^. Die Ausgangsspannungen U^ entgegengesetzter Polarität sind symmetrisch zum Nullpotential, das dem Netzgerät über die Klemmen 7 zugeführt ist. Die beiden Stellglieder 2 und 4 können beispielsweise Transistoren sein. Das Stellglied 2 wird von einem Regelverstärker 8 und das Stellglied 4 von einem Regelverstärker 9 angesteuert. Dem Regelverstärker 8 der positiven Seite ist über die Leitung 10 die positive Ausgangsspannung U_A und dem Regelverstärker 9 der negati-

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ven Seite über eine Leitung 11 die negative Ausgangsspannung IT. als Istwert zugeführt. AIa Sollwertgeber ist eine Referenzspannungsquelle 12 angeordnet, deren Referenzspannung als Sollwert über die Leitungen 13a und 13b sowohl dem Regerverstärker für die positive Seite als auch dem Regelveratärker für die negative Seite zugeführt ist. Durch diese direkte Zuführung des Sollwertes an beide Regelverstärker 8 und 9 wird ein einfacher Aufbau des stabilisierten Netzgerätes erhalten und die beiden stabilisierten Ausgangs spannungen ± TT. werden gleichzeitig und ohne gegenseitige Verzögerung gebildet. Das erfindungsgemäße Netzgerät ist daher sofort mit dem Einschalten betriebsbereit.

In der Ausgangsleitung 5a für die positive Ausgangsspannung U. ist als Fühler ein Stromfühler bzw. Stromwandler 14 und in der Ausgangsleitung 6a der negativen Ausgangsspannung U. ist als Fühler ein Stromfühler 15 angeordnet. Daa Meßsignal de» Stromfühlers 14 der positiven Seite ist einem Verstärker 16 zugeführt, dessen Ausgang über die Leitung 17 der Referenzspannungsquelle zugeführt ist. Dem Stromfühler 15 der negativen Seite ist ein Verstärker 18 nachgeschaltet, dessen Ausgang über eine Leitung ebenfalls mit der Referenzspannungsquelle 12 verbunden ist. In der ReferenzSpannungsquelle 12 wird durch die Auegangesignale der Verstärker 16 bzw. 18 erreicht, daß die Referenzspannung verkleinert wird, wenn das Meßsignal eines der Stroafühler 14 oder 15 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Mit diesem Überlastungsschutz, der bei Überlastung einer der Ausgänge anspricht, erhält man eine gleichzeitige Verminderung der Ausgangsspannungen beim Eingriff des Überlastungsschutzes, wobei die Symmetrie der Ausgangsspannungen zum Nullpotential gewahrt bleibt.

In Pig. 2 ist ein ausführliches Schaltungsbeispiel des Ausführungsbeispielss nach Fig. 1 dargestellt. Als Stellglieder und 4 sind dabei Transistoren, als Stromfühler 14 und 15 Widerstände, als Regelverstärker 8 und 9 und als Verstärker 16 und 18 Operationsverstärker vorgesehen. Die Referenzspannungs-

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quelle 12 ist eine Z-Diode, die in Reihe mit einem Widerstand 12a zwischen das Nullpotential und die Klemme 1 für die positive Eingangsspannung U_E gelegt ist. Über den Widerstand 12b und die Leitung 13a ist die Referenzspannung der Z-Diode 12 als Sollwert an den nicht invertierenden Eingang 8a des Operationsverstärkers 8 geführt. Der Istwert für den Operationsverstärker 8 wird vom Potentiometer 20 eines Spannungsteilers abgenommen, der auB den Widerständen 20 und 21 besteht und zwischen die Ausgangsleitung 5a uni die Kleame 7 geschaltet ist, an der das Nullpoteitial liegt. Der Istwert liegt über der Leitung 10 und einem Widerstand 10a am invertierenden Eingang 8b des Operationsverstärkers 8

Der Sollwert für den Operationsverstärker 9 der negativen Seite ist dem nicht invertierenden Eingang 9a des Sperationsveretärkers 9 über den Widerstand 12b die Leitung 13b und einen Widerstand 13c zugeführt. Der Istwert für den Operationsverstärker 9 der negativen Seite wird von dem Potentiometer 22 einee Spannungsteilers abgenommen, der aus dea Widerständen 22 und 23 besteht und zwischen die Ausgangsleitung 5a für die negative Ausgangsspannung U^ und das Nullpotential geschaltet ist. Der Abgriff des Potentiometers 22 ist über die Leitung 11 und einen Widerstand 11a ebenfalls mit dem nichtinvertierenden Eingang 9a des Operationsverstärkers 9 verbunden. Der invertierende Eingang 9b des Operationsverstärkers 9 liegt über einen Widerstand 24 am Nullpotential.

Die beschriebene Schaltung ermöglicht die Erzeugung von zwei stabilisierten Ausgangsspannungen IT. entgegengesetzter Polarität mit Hilfe eines gemeinsamen Referenzelementes, das im Ausführungsbeispiel eine Z-Diode 12 ist. Auf der positiven Seite wird dem nicht invertierenden Eingang 8b des Differenzbzw. Operationsverstärkers 8 die poeitive Sollwert- bzw. Referenzspannung zugeführt. Am invertierenden Eingang 8b des Operationsverstärkers 8 liegt die positive Istwertspannung, die am Abgriff des Potentiometers 20 abgenommen wird. Der Ausgang 8e des Operationsverstärkers 8 ist über einen Widerstand 25 mit

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der Basis eines Transistors 2 verbunden, der das Stellglied für die positive Ausgangsspannung U. ist, und dessen Ansteuerung vom Operationsverstärker 8 verändert wird, wenn der Istwert vom Sollwert abweicht.

Auf der negativen Seite liegt der invertierende Eingang 9b des Differenz- bzw. Operationsverstärkers 9 über den Widerstand am Nullpotential. Das sich am nicht invertierenden Eingang 9a des Operationsverstärkers 9 einstellende Nullpotential, der sog. virtuelle Nullpunkt, setzt die Betragsgleichheit der negativen Spannung am Abgriff des als Istwertgebers wirkenden Potentiometers 22 und der positiiven Referenzspannung voraus, die am Verbindungspunkt 13d der Leitungen 13b und 11 überlagert sind. Der Ausgang 9c des Operationsverstärkers 9 ist über einen Widerstand 26 mit der Basis des Transistors 4- verbunden, der das Stellglied für die negative Ausgangsspannung U^ ist. Sind die Beträge der am Yerbindungspunkt 13d überlagerten SoIl- und Istwertspannungen nicht gleich, so wird die Aussteuerung des Transistors 4 und damit die Ausgangsspannung U. verändert.

Mit den Potentiometern 20 und 22 ist ein Abgleich des stabilisierten Netzgerätes auf Spannungssymmetrie ermöglicht.

Als Stromfühler ist in der Ausgangsleitung 5a der positiven Seite ein Meßwiderstand 14 und In der Ausgangsleitung 6a der negativen Seite ein Meßwiderstand 15 angeordnet. Die Anschlußklemme 14a des Meßwiderstandes 14 ist über den aus den Widerständen 20 und 21 bestehenden Spannungsteiler mit dem Nullpotential und der Anschluß 14b des Meßwiderstandes 14 über einen Spannungsteiler, der aus einem Widerstand 27 und einem Potentiometer 28 besteht mit dem Nullpotential verbunden. Der Abgriff des Potentiometers 28 liegt ebenfalls am Nullpotential. Der Verbindungspunkt 29 zwischen den Widerständen 20 und 21 ist an den nicht invertierenden Eingang 16a und der Verbindungspunkt 30 zwischen den Widerständen 27 und 28 mit dem invertierenden Eingang 16b des Operationsverstärkers 16 verbunden, der über einen Widerstand 16c gegengekoppelt ist. Die Anschluß-

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klemme 15a des Meßwiderstandes der negativen Seite liegt über den aus den Widerständen 22 und 23 bestehenden Spannungsteiler am Nullpotential und die Anschlußklemme 15b des Meßwiderstandes 15 ist über einen Spannungsteiler, der aus einem Widerstand 31 und einem Potentiometer 32 besteht ebenfalls mit dem Nullpotential verbunden. Der Abgriff des Potentiometers 32 liegt auch am Nullpotential. Der Verbindungspunkt 33 zwischen den Widerständen 22 und 23 ist mit dem invertierenden Eingang 18b und der Verbindungspunkt 34 zwischen den Widerständen 31 und 32 mit dem nicht invertierenden Eingang de· über den Widerstand 18c gegengekoppelten Operationsverstärkers 18 verbunden.

Der Auegang 16d des Operationsverstärker« 16 ist über die leitung 17 mit der Kathode einer Entkopplungediode 35 und der Ausgang 18d des Operationsverstärkers 18 ist über die Leitung 19 mit der Kathode einer Intkopplungsdiode 36 verknüpft. Die Anoden der beiden Entkopplungsdioden 35 und 36 sind miteinander verbunden und der Verbindungspunkt 37 ist über einen Widerstand 38 dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 12b und den Leitungen 13a und 13b zugeführt und damit der Referenzspannung überlagert, die an den nicht invertierenden Eingängen der Regelverstärker 8 und 9 liegt.

Im gezeigten Ausführungebeispiel werden die beiden Ausgänge 5 und 6 durch die eben beschriebenen, gleichartigen Schaltungen vor Überlast geschützt. Zur Beschreibung der Wirkungsweise des ÜberlastSchutzes genügt es daher, die Wirkung einer der beiden Schaltungsseiten, beispielsweise der positiven Seite zu beschreiben. Dem Differenzeingang 16a und 16b des gegengekoppelten Operationsverstärkers 16 wird der durch den Laststrom am Widerstand H verursachte Spannungsabfall über Spannungsteiler 20 und 21 bzw. 27 und 30 zugeführt. Der Verstärkerausgang vermindert über die Entkopplungediode 35 und den Widerstand 38 die Referenzspannung und damit die beiden Ausgangsapannungen, wenn der Spannungsabfall am Widerstand H einen, vorgegebenen Ansprechwert übersteigt, der mit dem Potentiometer 28 einzustellen ist. Bei Überlast werden die beiden

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Aus gangsSpannungen U. entgegengesetzter Polarität gleichzeitig verkleinert, wobei ihre Symmetrie bezüglich des Nullpotentials erhalten bleibt. Der Einsatzpunkt dee Überäastschutzes wird wie bereits erwähnt für die positive Seite mit dem Potentiometer 28 und für die negative Seite mit dem Potentiometer 32 eingestellt.

Im Ausführungsbeispiel ist der Überlastschutz: mit einer rücklaufenden Kennlienie versehen, d.h. der KurzSchlußstrom ist kleiner als der Nennstrom. Palis erforderlich, kann auch eine andere Kennlinie eingestellt werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem beschriebenen, stabilisierten Netzgerät die eingangs erwähnten Vorteile voll erhalten werden, wobei zu betonen ist, daß das Netzgerät in einfacher Weise ausgeführt ist und sich daher billig herstellen läßt. Insbesondere ist zu erwähnen, daß die positive und die negative Schaltungsseite des Netzgerätes praktisch identisch ausgeführt sind, wodurch die Serienfertigung erleichtert wird.

2 Figuren

8 Patentansprüche

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Claims

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Pat entanaprüche

f1.JStabilisiertes Setzgerät für zwei AusgangsSpannungen ent-/^ gegengesetzter Polarität, die bezüglich des Nullpotentials symmetrisch sind, mit einem Stellglied in der Ausgangsleitung für jede Auegangsspannung, das von jeweils einem Regelverstärker steuerbar ist und dem die von dem zugehörigen Stellglied gestellte Ausgangsspannung zugeführt ist und mit einer Referenzspannungsquelle als Sollwertgeber, deren Heferenzspannung an einem der Regelverstärker liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (12) beiden Regelverstärkern (8,9) zugeführt ist und daß in jeder Ausgangsleitung (5a bzw. 6a) ein Fühler (H bzw. 15) vorgesehen ist, dessen Meßsignal der Referenzspannung der Referenzspannungsquelle (12) so überlagert ist, daß die Referenzspannung sich verkleinert, wenn der Strom oder die Spannung in einer der Auagangsleitungen einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet.
2. Stabilisiertes netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RegelverstÄrker (8,9) Operationsverstärker sind, daß dem nicht invertierenden Eingang (8a, 9a) jedes Operationsverstärkers über einen Widerstand die Referenzspannung zugeführt ist, daß am invertierenden Eingang (8b) des die positive Ausgangsspannung regelnden Operationsverstärkers (8) die Ausgangsspannung (U.) zugeführt ist, und daß der invertierenden Eingang (9b) des die negative Ausgangsspannung regelnden Operationsverstärkers (9) mit dem Hullpotential verbunden ist und seinem nicht Invertierenden Eingang die negative Ausgangsspannung (-TJ_A) zugeführt ist.
3· Stabilisiertes Setzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß «la Stellglied (2 bzs.
4) jeweils ein Transistor vorgesehen ist.

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β Stabilisiertes Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsquelle (12) eine Z-Diode vorgesehen ist.
5. Stabilisiertes Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 hta 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Fühler (14 bzw. 15) ein Verstärker (16 bzw. 13) nachgeschaltet ist.
6. Stabilisiertes Netzgerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (I6d,18d) der Verstärker (16, 18) über Entkopplungedioden (35 bzw. 36) miteinander verbunden sind und daß der Verbindungepunkt (37) der Entkopplungsdioden über den Widerstand (12a) mit der Referenzspannungsquelle (12) verbunden ist, über den di· Referenzspannung den Regelverstärkern (8,9) zugeführt ist.
7· Stabilisiertes Netzgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler ein Meßwiderstand (14 bzw. 15) in jeder Ausgangsleitung (5a bzw. 6a) vorgesehen ist, dessen Anschlußklemmen (14a, 14b bzw. 15a, 15b) mit einem der Verstärker (16 bzw. 18) verbunden sind.
8. Stabilisiertes Netzgerät nach Anspuoh 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker je ein Operationsverstärker (16 bzw. 18) vorgesehen ist, daß die Anschlußklemmen (14a, 14b bzw. 15a, 15b) jedes Meßwider stände β (14 bzw. 15) über Spannungsteiler (20,21 und 27,28 bzw. 22, 23 und 31, 32) den beiden Eingängen (16a, 16b bzw. 18a, 18b) eines der Operationsverstärker zugeführt sind und daß in einem der Spannungsteiler jeder Auegangsseite ein Potentiometer (28 bzw. 32) zur Einstellung des Ansprechwertes vorgesehen ist.

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