DE3111432A1 - Circuit arrangement for regulated supply of a load - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnunn nach dem OberbegriffThe invention relates to a circuit arrangement according to the preamble
des Patentanspruchs 1.of claim 1.
Bei transoortfähigen elektrischen und elektronischen Geräten ist es erwünscht, daß sie an verschiedenen Spannungen betrieben werden konnen oder, falls sie Akkumulatoren aufweisen, daß diese Akkumulatoren an verschiedenen Spannungen aufladbar sind. Beispielsweise werden elektrische Trockenrasi erapoarate, El ektronenbl i tzgeräte, Kofferradios oder dergleichen oft auf Auslandsreisen mitnenommen und dann in den jeweiligen Ländern mit unterschiedlichen Netzspannungen betrieben. Diese Netzspannungen variieren in der Regel einerseits zwischen 110 Volt und 240 Volt und andererseits zwischen 50 Hz und 60 Hz.In the case of electrical and electronic devices capable of transporting transport, it is it is desirable that they can be operated at different voltages or if so They have accumulators that these accumulators at different voltages are chargeable. For example, electric dry shavers are erapoarate, El ektronenbl i ting devices, portable radios or the like often taken on trips abroad and then operated with different mains voltages in the respective countries. These Mains voltages usually vary between 110 volts and 240 volts and on the other hand between 50 Hz and 60 Hz.
Für die Anpassung der Kleingeräte beziehungsweise Akkumulatoren an verschiedene Spannungen ist eine Soannunqstransformation erforderlich, die kapazitiv oder induktiv durchgeführt werden kann.For adapting the small devices or batteries to different voltages a Soannunqstransformation is required, the capacitive or can be carried out inductively.
Es ist bereits eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen worden, bei welcher der andere Anschluß der Durchlaßstrecke des steuerbaren Halbleiterschalters mit einer Anzapfunq der Sekundärwicklung des Obertragers verbunden ist (P 31 03 863.8).It is already a circuit arrangement according to the preamble of the claim 1 has been proposed, in which the other connection of the passageway of the controllable semiconductor switch with a tap of the secondary winding of the transformer connected (P 31 03 863.8).
Schaltungsanordnungen mit Anzapfungen von Wicklungen sind jedoch im Fabrikationsprozeß unerwünscht, da sie relativ kompliziert durchzuführen stand.However, circuit arrangements with taps of windings are in Fabrication process undesirable because it was relatively complicated to carry out.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die eine gute Ladestromstabilisierung besitzt und bei der sich Betriebsseannunqsschwankungen nicht negativ auswirken, ohne daß hierfür eine Wicklungsanzapfung erforderlich ist.The invention is therefore based on the object of a circuit arrangement according to the preamble of claim 1 to create a good charge current stabilization and in which fluctuations in operating conditions do not have a negative effect, without a winding tap being required for this.
Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is achieved according to the characterizing features of the patent claim 1 solved.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß mittels eines einfach anschließbaren Widerstands der gewünschte Effekt erzielt wird.The advantage achieved with the invention consists in particular in that the desired effect is achieved by means of an easily connectable resistor will.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.
Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung; Fig. 2 eine Variante eines Teils der in Fi.1 gezeigten Schaltungsanordnung.1 shows a circuit arrangement according to the invention; Fig. FIG. 2 shows a variant of part of the circuit arrangement shown in FIG.
Die Fig.1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der Darallel zur Netzspannung UN ein Kondensator 1 geschaltet ist, der mit seinem einen Anschluß direkt an einen Punkt 8 einer Gleichrichterbrücke 2 und mit seinem anderen Anschluß über einen Widerstand 3 an den Punkt 9 der Gleichrichterbrücke 2 angeschlossen ist. Die GleichrichterbrUcke 2 weist in an sich bekannter Weise vier Dioden 4, 5, 6, 7 auf. Mit dem Punkt 10 der Gleichrichterbrücke 2 ist eine Induktivität 11 verbunden, während an den Punkt 12 der Gleichrichterbrücke 2 Kondensatoren 13, 43 angeschlossen sind,die mit der Induktivität 11 verbunden sind. Parallel zum Kondensator 13 sind ein Widerstand 14 und eine Zenerdiode 15 geschaltet, wobei die Kathode der Zenerdiode 15 mit der Basis eines Transistors 16 verbunden ist. Die Kathode der Diode 15 ist ferner mit einem Kondensator 40 verbunden, der an einer Parallelschaltung liegt, die aus zwei Zweigen besteht, wobei der erste Zweig einen Widerstand 17 und der zweite Zweig einen Widerstand 18 und einen hierzu in Serie geschalteten Kondensator 19 enthält. Die erwähnte Parallelschaltung ist mit einem Widerstand 20 verbunden, der seinerseits mit dem Emitter des Transistors 16 verbunden ist. Dieser Emitter ist auch an einen Widerstand 21 angeschlossen, der am positiven Pol einer Batterie 22 liegt. Parallel zu dieser Batterie 22 sind ein Kondensator 23 und ein Motor 24 vorqesehen. Der Verbindungspunkt zwischen Widerstand 21 einerseits und Batterie 22, Kondensator 23 und Motor 24 andererseits ist mit einem Widerstand 25 verbunden, der in Reihe zu zwei Dioden 26, 27 geschaltet ist.1 shows a circuit arrangement in which Darallel to the mains voltage UN a capacitor 1 is connected, which with its one terminal directly to one Point 8 of a rectifier bridge 2 and its other connection via a resistor 3 is connected to point 9 of the rectifier bridge 2. The rectifier bridge 2 has four diodes 4, 5, 6, 7 in a manner known per se. With point 10 the rectifier bridge 2 is connected to an inductor 11 while at the point 12 of the rectifier bridge 2 capacitors 13, 43 are connected to the Inductance 11 are connected. In parallel with the capacitor 13 are a resistor 14 and a Zener diode 15 connected, the cathode of the Zener diode 15 with the Base of a transistor 16 is connected. The cathode of the diode 15 is also with a capacitor 40 connected, which is connected to a parallel circuit consisting of two There are branches, the first branch having a resistor 17 and the second branch a resistor 18 and a capacitor 19 connected in series therewith. The aforementioned parallel circuit is connected to a resistor 20, which in turn is connected to the emitter of transistor 16. This emitter is also on one Resistor 21 connected, which is connected to the positive pole of a battery 22. Parallel A capacitor 23 and a motor 24 are provided for this battery 22. The connection point between resistor 21 on the one hand and battery 22, capacitor 23 and motor 24 on the other hand is connected to a resistor 25 which is connected in series to two diodes 26, 27 is.
Diese Reihenschaltung liest parallel zur Sekundärwicklung 28 eines Obertragers 29, dessen Primärwicklung 30 einerseits mit dem Kollektor des Transistors 16 und andererseits mit der Induktivität 11 verbunden ist.This series circuit reads one parallel to the secondary winding 28 Upper carrier 29, whose primary winding 30 on the one hand with the collector of the transistor 16 and on the other hand to the inductance 11 is connected.
Parallel zur Primärwicklung 30 liegen eine Diode 31 und eine mit dieser in Reihe geschalteten Zenerdiode 32. Die Kathode der Diode 31 und die der Zenerdiode 32 sindjeweils mit einem Ende der Primärwickluns 30 verbunden. Die Basis des Transistors 16 kann-über einen Kondensator 33, einen Widerstand 34 und einen Schalter 35 mit dem negativen Pol der Batterie 22 verbunden werden. Dieser negative Pol der Batterie 22 ist auch noch über eine Diode 36 mit der Kathode der Diode 27 verbunden, die eine Leuchtdiode ist.A diode 31 and one with it are parallel to the primary winding 30 Zener diode 32 connected in series. The cathode of the diode 31 and that of the Zener diode 32 are connected to one end of the primary windings 30, respectively. The base of the transistor 16 can - via a capacitor 33, a resistor 34 and a Switch 35 can be connected to the negative pole of the battery 22. This negative The pole of the battery 22 is also connected to the cathode of the diode 27 via a diode 36 connected, which is a light emitting diode.
In der Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die einen Teilbereich der Schaltungsanordnung gemäß Fig.1 zeigt, wobei in diesem Teilbereich einige änderungen vorgenommen sind. Anstelle der beiden Dioden 26, 27 und des Widerstandes 25 in Fig.1, ist in Fig.2 nur eine dem Widerstand 20 vorgeschaltete Leuchtdiode 41 vorgesehen.In FIG. 2 a circuit arrangement is shown which has a partial area the circuit arrangement according to Figure 1 shows, with some changes in this sub-area are made. Instead of the two diodes 26, 27 and the resistor 25 in Fig. 1, only one light-emitting diode 41 connected upstream of the resistor 20 is provided in FIG.
Die in den Fig.1 und 2 gezeigten Schaltungsanordnungen konnen für verschiedene Funktionen eingesetzt werden. Bei geöffnetem Schalter 37 sie als Ladeschaltungen für die Batterie 22, während sie bei geschlossenem Schalter 37 als Schaltnetzteil für einen Verbraucher dienen, der beispielsweise ein Gleichstrommotor 24 eines Elektrorasiernerätes sein kann.The circuit arrangements shown in FIGS. 1 and 2 can be used for various functions. With switch 37 open they serve as charging circuits for the battery 22, while when the switch 37 is closed they serve as a switched-mode power supply for a consumer, which can be, for example, a direct current motor 24 of an electric shaver.
Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig.1 ist folgende: Nachdem die Netzspannung UN, die innerhalb eines großen Bereichs schwanken kann, durch den Kondensator 1 entstört worden ist, wird sie über den Begrenzungswiderstand 3 dem Gleichrichter 2 zugeführt und von diesem gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Snannung gelangt nun über die Induktivität 11 und den Kondensator 13 auf das eigentliche Schaltnetzteil Der Transistor 16 wird über die Primärwicklung 30 und den als Anschwinghilfe dienenden Widerstand 14 leitend gemacht, wobei die Rückschlagspannung an der Primärwicklung 30 durch die Diode 31 und die Zenerdiode 32 begrenzt wird.The mode of operation of the arrangement according to FIG. 1 is as follows: After the mains voltage UN, which can fluctuate within a wide range, by the Capacitor 1 has been suppressed, it is over the limiting resistor 3 dem Rectifier 2 supplied and rectified by this. The rectified voltage now reaches the actual via the inductance 11 and the capacitor 13 Switching power supply The transistor 16 is via the primary winding 30 and as an oscillation aid Serving resistor 14 is made conductive, with the kickback voltage across the primary winding 30 is limited by the diode 31 and the Zener diode 32.
Der Basisanschluß des Transistors 16 wird durch eine als Referenzspannungsquelle dienende Zenerdiode 15 auf einem bestimmten Spannungspotential festgehalten.The base terminal of the transistor 16 is used as a reference voltage source serving Zener diode 15 held at a certain voltage potential.
Wesentlich für die Erfindung ist nun, daß der Emitter des Schalttransistors 16 über den Widerstand 20 mit einem Anschluß der Sekundärwicklung 28 und über den Widerstand 21 mit dem Plusool der Batterie 22 verbunden ist.It is now essential for the invention that the emitter of the switching transistor 16 via the resistor 20 to a terminal of the secondary winding 28 and via the Resistor 21 is connected to the plusool of battery 22.
In der Leitphase des Transistors lfi entsteht an dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand 20 und Sekundärwicklung 28 ein der Netzspannung UN proportionaler Spannungsanstieg. Da nach dem Durchschalten des Transistors 16 über die Primärwicklung 30 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 16 ein Strom über den Widerstand 21 in die Batterie 22 fließt, reduziert sich dieser Strom aufgrund des Potential anstiegs am Verbindungspunkt zwischen Widerstand 20 und Sekundärwicklung 28. Die Reduzierung des Stroms erfolgt hierbei in einem solchen Maße, daß bei unterschiedlichen Betriebsspannungen UN die sekundär abgegebene Leistung konstant gehalten wird.In the conducting phase of the transistor IFi arises at the connection point between resistor 20 and secondary winding 28 is proportional to the mains voltage UN Voltage rise. Since after switching through the transistor 16 via the primary winding 30 and the collector-emitter path of the transistor 16 a current through the resistor 21 flows into the battery 22, this current is reduced due to the potential rise at the connection point between resistor 20 and secondary winding 28. The Reduction of the current takes place here to such an extent that with different Operating voltages UN the secondary power output is kept constant.
Die Zeitabschnitte, in denen die am Kondensator 13 liegende Spannung von dem Transistor 16 durchgeschaltet wird, werden somit nicht nur durch die äußere Beschaltung des Transistors 16 beeinflußt, sondern auch durch die Spannung am Kondensator 13 und damit durch die Netzspannung UN, weil ein Teil dieser Spannung am Verbindungspunkt zwischen Widerstand 20 und Sekundärwicklung 28 ansteht. Gleichzeitig beeinflußt diese Spannung den in die Batterie 22 fließenden Strom, weil von dem Emitter des Transistors 16 in dieser Batterie 22 nur ein solcher Strom gelangen kann, welcher der Spannungsdifferenz zwischen Batterie 22 und Emitter beziehungsweise dem Widerstandswert des Widerstands 21 entspricht.The periods of time in which the voltage across the capacitor 13 is turned on by the transistor 16, are thus not only through the outer Wiring of the transistor 16 is influenced, but also by the voltage across the capacitor 13 and thus by the mains voltage UN, because part of this voltage is at the connection point between resistor 20 and secondary winding 28 is present. Affected at the same time this voltage the current flowing into the battery 22 because of the emitter of the Transistor 16 in this battery 22 can only get such a current, which the voltage difference between battery 22 and emitter or the resistance value of the resistor 21 corresponds.
Die Spannungsregelung in der Schaltungsanordnung nach Fig.1 läßt sich rechnerisch dadurch erfassen daß der durch den Widerstand 21 fließende Strom als Quotient dargestellt wird, in dessen Zähler die Referenzspannung an der Zenerdiode 15 minus der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 minus der Spannung der Batterie -22 stehen und in dessen Nenner der Widerstandswert des Widerstands 21 steht.The voltage regulation in the circuit arrangement according to FIG. 1 can be determined mathematically in that the current flowing through the resistor 21 is represented as a quotient in whose counter the reference voltage at the Zener diode 15 minus the base-emitter path of the transistor 16 minus the voltage of the battery -22 and in whose denominator the resistance value of the resistor 21 is.
Durch die im Emitterkreis des Transistors 16 liegende Batterie 22, die zur Versorgung des Verbrauchers 24 dient, ergibt sich der Vorteil, dan bei ansteigender Batteriespannung - wenn beispielsweise die Batterie 22 noch geladen ist - gleichfalls der Emitterstrom gesenkt wird, d. h.Due to the battery 22 located in the emitter circuit of the transistor 16, which is used to supply the consumer 24, there is the advantage, then with increasing Battery voltage - if, for example, the battery 22 is still charged - also the emitter current is decreased, d. H.
der in die Batterie 20 fließende Ladestrom wird reduziert. Eine Erhöhung des sekundären Ladestroms beziehungsweise das Absinken der Span- nung der Batterie 22 bewirkt eine Erhöhung der abgegebenen Sekundärleistung durch den Obertrager 29. Die Batterie 22 kann selbstverständlich auch durch einen gr75ßeren Kondensator, z. B. den Kondensator 23, ersetzt werden.the charging current flowing into the battery 20 is reduced. An increase of the secondary charging current or the decrease in the voltage tion of the battery 22 causes an increase in the secondary power output by the Upper carrier 29. The battery 22 can of course also be replaced by a larger one Capacitor, e.g. B. the capacitor 23 to be replaced.
Soll eine änderung der Batteriespannung ohne Auswirkung auf die abgegebene Sekundärleistung sein, so kann der Fußpunkt der Referenzspannungsquelle 15 an den Pluspol der Batterie 22 gelegt werden.Should a change in the battery voltage without affecting the output Secondary power, the base point of the reference voltage source 15 can be connected to the The positive terminal of the battery 22 is placed.
Die Sekundärwicklung 28 dient auch als Rückkopplungswicklung, die über das Netzwerk 16, 17, 18, 19 die Basis des Transistors 16 ansteuert.The secondary winding 28 also serves as a feedback winding, the controls the base of transistor 16 via network 16, 17, 18, 19.
Der Kondensator 23 sorgt für eine bessere Oberbrückung der Schaltfrequenz vom Pluspol der Batterie 22 nach Masse.The capacitor 23 ensures a better bridging of the switching frequency from the positive terminal of the battery 22 to ground.
Mit dem Widerstand 34 und dem Kondensator 33 kann über den Schalter 35 von einer Schnelladung auf einen kleinen Erhaltungsstrom umgeschaltet werden. Der Widerstand 34 dient hier nur zur Entkopplung. Der Kondensator 33 bildet mit dem Kondensator 40 bei Beendigung der Transformatorentladung ei nen kapazitiven Spannunqsteiler, so daß die Aufladung des Kondensators @ .With the resistor 34 and the capacitor 33, the switch 35 can be used to switch from a quick charge to a low maintenance current. The resistor 34 is used here only for decoupling. The capacitor 33 forms with the capacitor 40 at the end of the transformer discharge egg NEN capacitive voltage divider, so that the charging of the capacitor @.
über den Widerstand its von einem niedrigen Spannungspotential an beginnt. Die Zeit- und Spannungsdifferenz vom s Beginn der Aufladung des Kondensators is zum Erreichen des Wiedereinschaltpunktes des Transistors 16 (Uein = UBatt + UBE) wird dadurch größer.about the resistance its starts from a low voltage potential. The time and voltage difference from the start of charging the capacitor is to reach the restart point of the transistor 16 (Uein = UBatt + UBE) is thereby larger.
Die Leuchtdiode 27 leuchtet in der Ladephase der Batterie auf, d. h.The light-emitting diode 27 lights up in the charging phase of the battery, i. H.
wenn an der Sekundärwicklung 28 eine Spannung anliegt. Der Widerstand 25 wirkt hierbei als Strombegrenzung.when a voltage is applied to the secondary winding 28. The resistance 25 acts here as a current limiter.
In der F<ig.2 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, bei der die Leuchtdiode 4in Reihe zum Widerstand 20 liegt. Hier übernimmt der Widerstand 20 die Funktion des Strombegrenzers.In the F <ig.2 a circuit arrangement is shown in which the Light-emitting diode 4 is in series with resistor 20. Here resistance 20 takes over the function of the current limiter.
Zur Verbesserung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 können noch ein Transistor und ein Widerstand 44 der Zener-Diode 15 zugeschaltet sein. Hierdurch wird in bekannter Weise die Zener-Spdnnung präzisiert. To improve the mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 1, a transistor and a resistor 44 of the Zener diode 15 can also be connected. In this way, the Zener voltage is specified more precisely in a known manner.
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