DE2351127B2

DE2351127B2 - Schaltungsanordnung zur spannungsregelung

Info

Publication number: DE2351127B2
Application number: DE19732351127
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Wiesmüller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-10-11
Filing date: 1973-10-11
Publication date: 1978-02-09
Also published as: DE2351127A1

Description

konstante Frequenz ist relativ hoch (einige kHz), so daß der Brumm durch das Auf- und Entladen vernachlässigt werden kann.

In der Fig.2 zeigt der Impulszug 10 beispielsweise den Spannungsverlauf am Schalter 6 und der Impulszug 11 den Spannungsverlauf am Schalter 7 voll ausgezogen. Die Impulszüge 10 und U gelten für eine mittlere Last. Die Lade- und Entladezeiten des Kondensators 4 sind dabei etwa gleich groß. Für eine große Last gelten die Impulszüge 12 und 13. Aus der Fig.3 geht deutlich hervor, daß bei einer großen Last der Schalter 6 während einer Periode länger geschlossen ist als der Schalter 7. Eine kleine Last ist durch die gestrichelt gezeichneten Impulszüge 14 und 15 verkörpert In diesem Fall ist der Schalter 6 während einer Periode kürzere Zeit geschlossen als der Schalter 7.

Aus der F i g. 2 ergibt sich, daß bei konstanter Betätigungsfrequenz der Schalter 6 und 7 durch Veränderung des Tastverhältnisses eine Veränderung der Spannung an den Klemmen 2 möglich ist. Der Regler 5 beeinflußt das Tastverhältnis in der Weise, daß bei Änderungen der Last 1 die Spannung an den Klemmen 2 konstant gehalten wird.

Die F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform des Reglers 5. Der Regler 5 enthält ein Vergleichsglied 16, dem an einem Eingang 17 ein Sollwertsignal und an einem Eingang 18 ein Istwertsignal für die Spannung an den Klemmen 2 zugeführt ist. Das Istwertsignal ist an einem Spannungsteiler 19 abgegriffen, der beispielsweise parallel zu den Klemmen 2 geschaltet ist. Das Vergleichsglied 16 liefert an seinem Ausgang 20 ein der Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert der Ausgangsspannung entsprechendes Gleichspannungssignal einem Vergleichsglied 22. Das Vergleichsglied 21 erhält auf der Leitung 22 die Ausgangsspannung eines Dreiecksgenerators 23 und liefert an seinem Ausgang 24 Steuerimpulse zur Betätigung der Schalter 6 und 7.

In der Fig.4 zeigt die Kurve 25 die Spannung am Eingang 22 des Vergleichsgliedes 21 und die Linie 26 die Spannung am Eingang 20 für den Fall einer mittleren Last. Die Linie 26 liegt in diesem Fall etwa symmetrisch zwischen dem Dreieckssignal 25. Das Vergleichsglied 21 erzeugt an seinem Ausgang 24 Rechteckimpulse. Es kippt immer dann um, wenn die Spannung an seinen Eingängen gleich groß ist, so daß dann, wenn die Spannungen an den Eingängen 20 und .22 gemäß 26 und 25 verlaufen, die Spannung am Ausgang 24 den Verlauf 27 hat. Ändert sich die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung, so ändert sich auch die Lage der Spannung am Eingang 20 in bezug auf die Spannung am Eingang 22. Dies ist durch die beiden gestrichelten Linien 28 und 29 in der F i g. 4 wiedergegeben. Aus der F i g. 4 geht hervor, daß dann, wenn die Spannung am Eingang 20 in bezug auf die Spannung am Eingang 22 nach oben wandert, die Impulse am Ausgang 24 schmaler werden, während sie breiter werden, wenn die Spannung am Eingang 20 gegenüber der Spannung am Eingang 22 nach unten wandert. Da eine wechselweise Betätigung der Schalter 6 und 7 durch die Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes 21 erfolgt, ändert sich somit bei einer Veränderung der Lage der Spannung am Eingang 20 in bezug auf die Spannung am Eingang 22 das Tastverhältnis beider Schalter in entgegengesetztem Sinn, d. h. Spannungsschwankungen werden ausge-' regelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung mit einem Eingang für die ungeregelte und einem Ausgang für die geregelte Spannung, zu dem ein Kondensator parallel geschaltet ist, der entsprechend der Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert der Ausgangsspannung geladen und entladen wird, bei der in Reihe und parallel zum ι ο Kondensator je eine Reihenschaltung aus einem Schalter und einem Widerstand liegt und bei der eine Betätigungseinrichtung zum wechselweisen öffnen und Schließen der Schalter vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti- gungseinrichtung (5) die Schalter (6,7) in Impulsbreitenmodulation bei konstanter hoher Frequenz periodisch betätigt und das Tastverhältnis der Schalterbetätigung in Abhängigkeit von einem der Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert der Ausgangsspannung entsprechenden Regelsignal (Regelabweichung) in der Weise veränderbar ist, daß die durch Überlagerung der Ausgangsspannung eines Taktgebers (23) mit der Regelabweichung entstehenden Impulse und Impulspausen zur Steuerung des Längs- bzw. des Querschalters (δ bzw. 7) dienen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (5) ein Vergleichsglied (21) enthält, dem die Ausgangsspannung (25) eines Dreiecksgenerators (23) und das Regeisignal als Gleichspannungssignal (26, 28, 29) zugeführt ist und das die Schalterbetätigung auslöst, wenn seine Eingangssignale gleich sind, und daß das Regelsignal (26,28,29) so bemessen ist, daß es etwa symmetrisch zwischen dem Dreieckssignal liegt, wenn am Ausgang eine mittlere Last (1) angeschlossen ist.

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In dem Buch »Halbleiter-Schaltbeispiele« der Siemens & Halske AG, April 1966 ist auf den S. 70 bis 73 eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung beschrieben, bei der in Reihe zu einem Kondensator eine Drossel liegt, deren gespeicherte Energie dann, wenn die Spannung am Kondensator einen vorbestimmten Wert unterschreitet, auf den Kondensator übertragen wird. Der Kondensator ist dabei dem Ausgang für die geregelte Spannung parallel geschaltet und wird entsprechend der Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert der Ausgangsspannung geladen und entladen. Die bekannte Schaltungsanordnung ist dann schlecht anwendbar, wenn eine Hochspannung in der Größenordnung von einem bis zu mehreren kV geregelt werden soll, weil dann die Drossel hochspannungsfest sein muß, was die Schaltungsanordnung verteuert.

In der DT-AS 15 13 237 und in der DT-OS 1056 853 sind Schaltungsanordnungen zur Spannungsregelung beschrieben, bei denen dem Kondensator ein Längs- und ein Quertransistor als Schalter zugeordnet ist und die Transistoren wechselweise zur Auf- und Entladung des Kondensators betätigt werden. In Reihe zu den Transistoren liegen dabei Widerstände. Durch das Buch von S. W. W a g η e r »Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte«, S. 492, 493 ist es auch bekannt, bei einer Gleichspannungsstabilisierungsschaltung in Reihe zu einem die Aufladung eines Kondensa tors bewirkenden Schalter einen ohmschen Widerstand zu schalten und den Schalter in Impulsbreitenmodulation auszusteuern. Eine solche Impulsbreitenmodulation bei konstanter Impulsfrequenz zu betreiben ist durch die Zeitschrift »Automatisierung«, Heft 11 (1959), S. 12 bis 14 aligemein und durch die GB-PS 9 10 884 speziell in Anwendung auf die Impulssteuerung einer Kupplung bekannt. In diesem Anwendungsfall werden die Steuerimpulse durch Überlagerung der Ausgangsspannung eines Taktgebers mit der Regelabweichung gewonnen.

Die drei ersten Schaltungen dieser Art haben den gemeinsamen Nachteil, daß die Frequenz, mit der die Auf- und Entladung des Kondensators erfolgt, stark schwanken kann und unter Umständen auch sehr niedrig sein kann, so daß verhältnismäßig große Regelabweichungen auftreten können; die beiden letztgenannten Schaltungen mit konstanter Impulsfrequenz erlauben nur die Ansteuerung einer im Gleichtakt mit den Impulsen betriebenen Einrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß der Brumm durch das Auf- und Entladen des Kondensators vernachlässigt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1. Bei dem Erfindungsgegenstand hängt die Spannung am Kondensator bei konstanter Betätigungsfrequenz der Schalter vom Tastverhältnis der Betätigungsimpulse ab. Die konstante Frequenz kann so hoch gewählt werden, daß der Brumm nicht mehr ins Gewicht fällt

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 wiedergegeben. Bei dieser Ausgestaltung ist in einfacher Weise die Erzeugung eines Regelsignals mit konstanter Frequenz ermöglicht, dessen Tastverhältnis im Sinne der Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollwert der Ausgangsspannung verändert wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig.2 zwei Impulszüge zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine Einzelheit der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 und

F i g. 4 zwei Spannungsverläufe zur Erläuterung der Anordnung nach F i g. 3.

In der F i g. 1 ist mit 1 ein Lastwiderstand bezeichnet, der mit einer geregelten Hochspannung an den Klemmen 2 versorgt werden soll. Die ungeregelte Hochspannung liegt an den Klemmen 3. Parallel zu den Klemmen 2 liegt ein Kondensator 4 sowie ein Regler 5, welcher zwei Schalter 6 und 7, die vorzugsweise von zwei Schalttransistoren gebildet sind, wechselweise öffnet und schließt. Immer dann, wenn der Schalter 6 geöffnet ist, ist der Schalter 7 geschlossen und umgekehrt. Die Ladung des Kondensators 4 erfolgt über einen Ladewiderstand 8 und die Entladung über einen Entladewiderstand 9. Die Schalter 6 und 7 werden mit konstanter Frequenz geöffnet und geschlossen. Ist der Schalter 6 geschlossen, so wird der Kondensator 4 aufgeladen, ist er geöffnet und der Schalter 7 daher geschlossen, so erfolgt eine Entladung des Kondensators 4. Die Spannung am Kondensator 4 hängt bei konstanter Betätigungsfrequenz der Schalter 6 und 7 vom Tastverhältnis der Betätigungsimpulse ab. Die