DE3115079C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von hochkonstanten Gleichspannungen mittels eines Spannungswandlers - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur Erzeugung von im Größenordnungsbereich von 1 kV einstellbaren, hochkonstanten Gleichspannungen aus einer niederen Betriebsgleichspannung mittels eines Spannungswandlers (W), wobei durch eine Kettenschaltung eines ersten, auf die Niederspannung des Gleichspannungswandlers einwirkenden elektronischen Stabilisators für die Wandlerausgangsspannung mit einem unmittelbar auf die Ausgangsspannung einwirkenden zweiten elektronischen Stabilisator, bei dem eine die Ausgangsspannung bestimmende einstellbare Referenzspannung des zweiten Stabilisators auch zusätzlich einen Regelverstärker (V2) des ersten Stabilisators steuert, sowohl die Regelgeschwindigkeit erhöht als auch die Verlustleistung eines Längstransistors des zweiten Stabilisators begrenzt wird.

Description

a) der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Längstransistors (LTi) im Niederspannungskreis ist kontinuierlich gesteuert;

b) die einstellbare Referenzspannung (Ref2) für den Regelverstärker (V2) des Längstransistors (LTl) im Hochspannungskreis ist über eine Addierstufe (Op) zusätzlich einem Vergleichseingang eines Regelverstärkers (Vi) des Längstransistors (LTi) im Niederspannungskreis zugeführt;

c) eine Referenzspannung (Refi) für den Regelverstärker (Vi) des Längstransistors (LTi) im Niederspannungskreis ist auf einen Wert eingestellt, der für eine niedrigste Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung eine den Arbeitspunkt des Längstransistors (LT2) im Hochspannungskreis im linearen Bereich seiner Arbeitskennlinie haltende Emitter-Kollektor-Spannung für diesen Transistor (LT2) festlegt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Addierstufe (Op) ein Operationsverstärker dient

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung für den zweiten Regelverstärker (V2) einem einen hochgenauen Digital-Analog-Konverter enthaltenden Präzisions-Sollwertgeber entnehmbar ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von im Größenordnungsbereich von 1 kV einstellbaren, konstanten Gleichspannungen aus einer niederen Betriebsgleichspannung mittels eines Spannungswandlers, mit einem über einen Regelverstärker bezüglich des Widerstandes seiner Emitter-Kollektor-Strecke abhängig von der Differenz zwischen einer Referenzspannung und der Ausgangsspannung des Spannungswandlers gesieuerten Längstransistor im Hochspannungskreis und einem abhängig vom Aussteuerungszustand des Längstransistors gesteuerten weiteren Längstransistor im Niederspannunngskreis des Spannungswandlers.

Zur Konstanthaltung von Gleichspannungen sind sogenannte elektronische Stabilisatoren bekannt, mit denen ein Teil der konstantzuhaltenden Spannung mit einer Referenzspannung verglichen, eine eventuelle Differenz über einen Regelverstärker verstärkt und vom Ausgang des Regelverstärkers ein einstellbarer Längswiderstand in der Ausgangsspannungsleitung verstellt wird. Der Längswiderstand ist gewöhnlich eine Elektronenröhre oder ein Transistor. Sol! aus einem solchen stabilisierten Spannungserzeugsr eine einstellbare Spannung lieferbar sein, so kann die Referenzsspannungsqueüe einstellbar gemacht werden. Wird ein großer .Einstellungsbereich für die Ausgangsspannung gefordert, so wird schließlich die im Längswiderstand an- fallende Verlustleistung so groß, daß handelsübliche Transistoren für diesen Zweck nicht mehr zur Verfügungstehen.

Die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift »Kerntechnik« 1965, Heft 2, Seiten 65 bis 70, bekannt Es handelt sich dabei um einen Gleichspannungswandler mit Hochspannungsausgang, bei dem auf der Hochspannungsseite ein regelbarer Längstransistor vorgesehen ist und die mit einem Schalttransistor erzeugte Zerhackerfrequenz auf der Niederspannungssei- te abhängig von der Kollektorspannung des Längstransistors auf der Hochspannungsseite geregelt ist

Aus der britischen Patentschrift 1064 942 ist ein Gleichspannungskonstanthalter bekannt, bei dem einem üblichen Konstanthalter mit einem Längstransistor ein zweiter Längstransistor als Schalttransistor vorgeschaltet ist, wobei die Tastfrequenz des Schalttransistors vom Durchgangsstrom und der Spannung am ersten Längsuansistor maßgeblich gesteuert wird Bei beiden vorerwähnten Schaltungen ist die dem Ausgangskreis vorgeschaltete Regelschaltung eine Art Zerhackerschaltung. Die Verlustleistung am Längstransistor auf der Ausgangsseite greift über die Schaltfrequenz des vorgeschalteten Regelteils ein. Bei Gleichspannungswandlern mit einer transforma-

torischen Obersetzung einer zerhackten Niederspannung in eine gleichzurichtende Hochspannung gibt es jedoch für die Zerhackerfrequenz einen optimalen Wert Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine von der Verlustleistung eines Längstransistors auf der Hochspannungsseite abhängige zusätzliche Regelung auf der Niederspannungsseite einzuführen, bei der die Zerhackerfrequenz nicht geändert werden muß. Gleichzeitig sollte mit einer Referenzspannung für den Span- nungsregler auf der Niederspannungsseite der Arbeitspunkt des Längstransistors auf der Hochspannungsseite beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit den

so kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Aus der Zeitschrift »Elektronik« 1966, Heft 9, Seiten 272 bis 274, ist zwar eine Hochspannungsversorgung für eine Oszillographenröhre bekannt die für Batteriebetrieb ebenfalls einen Gleichspannungswandler aufweist bei dem neben einem Längstransistor auf der Hochspannungsseite ein stetig geregelter Längstransistor vor dem Zerhacker auf der Niederspannungsseite vorgesehen ist Bei dieser bekannten Schaltung ist jedoch weder die Zerhackerfrequenz noch die Regelspannung des Längstransistors vor dem Zerhacker von der Verlustleistung des Längstransistors auf der Hochspannungsseite beeinflußbar.

Die neue Schaltungsanordnung leistet zweierlei. Erstens regelt sie durch Belastungsänderungen oder Än- derungen der Eingangsspannung auftretende Ausgangsspannungsänderungen mit Hilfe des direkt in der Ausgangsspannungsleistung liegenden Längstransistors ausreichend schnell aus. Zweitens verhindert der Durch-

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griff der Referenzspannung des zweiten Stabilisators, der Schaltungsanordnung. Die Referenzspannung aus die zugleich der Einstellung der Ausgangsspannung der der Referenzspannungsquelle Ref 2 wird, wie schon Schaltungsanordnung dient, auf den ersten Stabilisator vorstehend erwähnt, nicht nur dem schnellen Stabilisaübeidie Addierstufe, daß der Längstransistor des zwei- tor über den Spannungsteilerwiderstand R 5 zugeführt, ten Stabilisators überlastet werden kann, denn mit der 5 sondern auch mit dem Quotienten, der Werte der Wi-Einstellung der Referenzspannung des zweiten Stabili- derstände von R 7 zu R 6 als Faktor bewertet, über die sators wird auch die Eingangsspannung am Längstransi- Addierstufe Op dem Regel verstärker Vl. Als Spanstor des zweiten Stabilisators über den ersten Stabilisä- nungsquelle ReII dient dabei ein Präzisions-Sollwerttor entsprechend so eingestellt, daß die Emitter-Kollek- geber, z. B. ein hochgenauer Digital-Analog-Konverter. tor-Spannung des Längstransistors für alle einstellbaren io Gleichzeitig wird dem Regelverstärker Vl des ersten Spannungen in erster Näherung gleich bleibt Stabilisators über die Addierstufe Op auch die Refe-

Mit Vorteil wird für die Addierstufe ein Operations- renzspannung aus der Referenzspannungsquelle Refl verstärker verwendet Zweckmäßig wird die Referenz- zugeführt Diese Referenzspannung ist eine auf einen |; spannung für den zweiten Regelverstärker aus einem Festwert einstellbare Gleichspannung. Sie wird so ein-Präzisions-Sollwengeber bezogen, der ein hochgenauer 15 gestellt daß bei verschwindender Ausgangsspannung Digital-Analog-Konverter ist an den Klemmen 5 und 6 an den Punkten 3 und 4 nur

Anhand einer Figur, die ein Blockschaltbild eines Aus- eine so große Spannung erzeugt wird, wie für ein Arbeiführungsbeispiels der Erfindung darstellt, wird diese nä- ten des zweiten Stabilisators in seinem linearen Arbeitsher erläutert bereich erforderlich ist Der Vorteil der Schaltungsan-Zwei an der linken Seite der Figur erkennbaren 20 Ordnung liegt zum einen darin, daß sie die im Längstran-Klemmen 1 und 2 wird eine unstabiiisierte Eingangsbe- sistor LT2 umgesetzte Verlustleistung klein hält Damit triebsgleichspannung zugeführt An zwei an der rechten wird auch ein unzulässiges Erwärmen der anderen Bau-Seite der Figur mit 5 und 6 bezeichneten Klemmen kann elemente und damit ihr vorzeitiges Altern vermieden, eine hochkonstante, einstellbare Ausgangsspannung Die Langzeitkonstanz der Schaltungsanordnung ist daentnommen werden. Die Klemmen 2 und 6 sind durch 25 mit gesichert Der geringe Energieverbrauch der Schaleine Masseschiene miteinander verbunden. Ein erster tungsanordnung macht sie außerordentlich wirtschaft- -f. Stabilisator besteht aus dem Längstransistor LTl, ei- lieh. Weil bei gewählten Änderungen der Ausgangs-Il nem Regelverstärker Vl, einer Addierstufe Op und ei- spannung der Schaltungsanordnung die Kollektorner ersten Referenzspannungsquelle Refi. Ein Istwert- Emitter-Spannung des Längstransistors L 7"2 in erster eingang des Regelverstärkers Vl ist mit dem Abgriff 30 Näherung konstant bleibt, können hochkonstante Auseines Spannungsteilers aus Widerständen R1 und R 2 gangsgleichspannungen erzeugt werden, die sehr viel verbunden. Der Spannungsteiler liegt zwischen Funkten höher als die zulässige Emitter-Kollektor-Spannung des 3 und 4 der Schaltung. Der erste Längstransistor LTi Längstransistors LT2 sind.

liegt auf der Niederspannungsseite eines Spannungs-

Wandlers VV, der die vom Längstransistor LTi geregelte 35 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

niedere Eingangsgleichspannung in eine hochkonstante

Wechselspannung umformt Die Wechselspannung wird
in einem Gleichrichter- und Siebteil GLS gleichgerichtet und von Oberwellen gereinigt Vom Punkt 3 am
Ausgang des Gleichrichter- und Siebteils GLS ist zum 40
Punkt 4 auf der Masseschiene der schon genannte Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R 2 gelegt
Zwischen dem Punkt 3 am Ausgang des Gleichrichterund Siebteils GZ-S und der Ausgangsklemme 5 liegt mit
seiner Emitter-Kollektor-Strecke ein Längstransistor 45
LTX der Bestandteil eines zweiten Stabilisators ist, der
noch eine Referenzspannungsquelle Ref 2, einen Regelverstärker V2, einen Treibertransistor Tr und einen
Spannungsteiler R 4, R 5 umfaßt. Der Treibertransistor
Trist mit einem Arbeitswiderstand A3 ebenfalls an den 50
Punkt 3 am Ausgang des Gleichrichter- und Siebteils
GLS angeschlossen. Ein durch ihn verstärktes Signal
steuert den Innenwiderstand des Längstransistors LT2
über eine Verbindung vom Fußpunkt des Arbeitspunktes R 3 zur Steuerelektrode des Längstransisiors LTZ 55
Am Eingang des Regelverstärkers V2 liegt die Differenz aus der abgegriffenen Teiispannung und der Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle /Je/2,
da der positive Pol dieser Spannungsqueüe an die die
Klemmen 2 und 6 verbindende Masseschiene gelegt ist 60
Die Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle Refl liegt über den Abgriff eines aus Widerständen R 6 und /?7 bestehenden Spannungsteilers an einem Eingang der Addierstufe Op, die aus einem Operationsverstärker besteht. Sie bestimmt deshalb zusätzlich 65
die Sollspannung am Sollspannungseingang des Regelverstärkers Vl.

Der folgende Abschnitt bringt Hinweise zur Wirkung

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von im Größenordnungsbereich von 1 kV einstellbaren, konstanten Gleichspannungen aus einer niederen Betriebsgleichspannung mittels eines Spannungswandlers, mit einem Ober einen Regelverstärker bezüglich des Widerstandes seiner Emitter-Koliektor-Strecke abhängig von der Differenz zwischen einer Referenzspannung und der Ausgangsspannung des Spannungswandlers gesteuerten Längstransistor im Hochspannungskreis und einem abhängig vom Aussteuerungszustand des Längstransistors gesteuerten weiteren Längstransistor im Niederspannungskreis des Spannungswandlers, gekennzeichnet d u r c h die Kombination der folgenden Merkmale: