DE3626088A1 - Regeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung mit einem Leistungstransistor und einem Meßwiderstand in einem ersten ihrer beiden Längszweige, mit einem ausgangssei­ tigen Spannungsteiler und mit einem Regelverstärker, der die Spannung am Mittenabgriff des Spannungsteilers mit einer Sollspannung vergleicht und dessen Ausgangsspannung mit zur Steuerung des Leistungstransistors verwendet wird.

Eine Regeleinrichtung mit den genannten Merkmalen und einer Schaltungseinheit zur Begrenzung des Stromes im ersten Längszweig ist in der DE-OS 34 24 040 beschrie­ ben. Regeleinrichtungen dieser Art werden z.B. an die Ausgänge ungeregelter Gleichspannungwandler angeschlos­ sen, um Verbraucher mit möglichst konstanter Spannung zu versorgen.

Bei der bekannten Schaltung liegt parallel zu ihrem Aus­ gang eine Kapazität; gewöhnlich wird bei derartigen Schaltungen auch eine Kapazität parallel zum Eingang ge­ schaltet. Sinn der Kapazitäten ist eine Siebung der Ein­ gangs- bzw. Ausgangsspannung; vor allem werden durch die Kapazitäten Störimpulse unterdrückt. Bei der bekannten Regeleinrichtung bringt die Ausgangskapazität und die Ausgangslast den Nachteil mit sich, daß sich nach dem Einschalten der Regeleinrichtung die Eingangsspannung, die gleichzeitig Ausgangsspannung einer Versorgungs­ spannungsquelle (z.B. eines ungeregelten Gleichspannungs­ wandlers) ist, nur langsam aufbaut, weil der Ausgangskon­ densator über den Innenwiderstand der Versorgungs­ spannungsquelle aufgeladen wird.

Da von der Versorgungsspannungsquelle auch mehrere Ver­ braucher - z.B. mehrere Regeleinrichtungen der eingangs erwähnten Art - gespeist werden, bedeutet das, daß alle parallel an die Versorgungsspannungsquelle angeschlos­ senen Verbraucher verzögert eingeschaltet werden. Bei Regeleinrichtungen der eingangs genannten Art heißt das insbesondere, daß ihre aktiven Teile verzögert mit Spannung versorgt werden und daher auch nach dem Ein­ schalten an ihrem Ausgang noch eine Zeitlang unkontrol­ lierte Spannungsverhältnisse vorliegen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der ein beschleunigter Aufbau der Eingangsspannung auf ihren Endwert erfolgt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eingangsseitig zwischen den beiden Längszweigen ein erster Spannungstei­ ler vor dem Meßwiderstand und ein zweiter Spannungsteiler hinter dem Meßwiderstand liegt, daß der Mittenabgriff des ersten Spannungsteilers an den nichtinvertierenden Ein­ gang und der Mittenabgriff des zweiten Spannungsteilers an den invertierenden Eingang eines Komparators geführt ist, mit dessen Ausgangsspannung ein elektronischer Schalter betätigt wird, durch den eine steuerbare Strom­ quelle abgeschaltet oder zur Steuerung durch den Regel­ verstärker freigegeben wird, und daß die steuerbare Stromquelle den Basisstrom des Leistungstransistors festlegt.

Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist - im Gegensatz zum zitierten Stand der Technik - der maximal mögliche Strom im ersten Längszweig - also die Strom­ begrenzung - abhängig von der Eingangsspannung, und zwar steigt der zulässige Maximalstrom mit steigender Eingangsspannung. Das hat die gleiche Wirkung, wie wenn der Ausgangskondensator über einen anfänglich großen, dann aber ständig kleiner werdenden Widerstand geladen wird. Aus diesem Grunde erreicht die Eingangsspannung der Regeleinrichtung nach dem Einschalten momentan fast ihren Höchstwert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines Ausführungsbeispieles und der Figur soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrich­ tung.

An Eingangsklemmen E 1, E 2 liegt eine Eingangsspannung an, die einen der Werte zwischen 5 und 25 Volt annehmen darf. Die geregelte Ausgangsspannung ist an Ausgangsklem­ men A 1, A 2 abgreifbar; sie liegt etwa 0,5 V unter der Eingangsspannung. Die sogenannte Dropout-Spannung der Regeleinrichtung nach der Figur beträgt also 0,5 V; sie ist damit extrem niedrig, was wiederum bedeutet, daß während des Betriebes die Eigenverluste der Regeleinrich­ tung sehr gering sind.

Im ersten Längszweig ZW 1 der Regeleinrichtung liegt ein Meßwiderstand R 1 und ein pnp-Leistungstransistor T 1. Der erste Längszweig ZW 1 liegt auf höherem Potential als der zweite Längszweig ZW 2, der auf Bezugspotential gelegt ist.

Parallel zum Eingang E 1, E 2 liegt ein Siebkondensator C 1. Dann folgt ein Spannungsteiler R 4, R 10 vor dem Meß­ widerstand R 1 und ein Spannungsteiler R 5, R 11 nach dem Meßwiderstand R 1. Beide Spannungsteiler liegen zwischen den Längszweigen ZW 1 und ZW 2. Hätte der Meßwiderstand R 1 den Widerstandswert 0Ω, würden die beiden Spannungs­ teiler eine Widerstandsbrücke bilden. Auch mit einem von Null verschiedenen Meßwiderstand R 1 haben die vier Wider­ stände R 4, R 5, R 10 und R 11 die Funktion einer Brücke, die durch die über den Meßwiderstand R 1 abfallende Span­ nung verstimmt werden kann. Die Brücke ist so abgegli­ chen, daß bei einer Eingangsspannung von 10 V und einem Spannungsabfall von 100 mV über dem Meßwiderstand R 1 die Spannungsdifferenz zwischen den Abgriffen A und B 0 V be­ trägt. Durchläuft der Spannungsabfall am Meßwiderstand R 1 von unten den Wert 100 mV, so läuft die Spannungsdiffe­ renz zwischen den Knotenpunkten A und B von negativen zu positiven Werten. Der Strom im Längszweig steigt dann von kleineren zu größeren Werten an; die Stromschwelle, bei der die Spannungsdifferenz zwischen den Knotenpunkten A und B ihr Vorzeichen wechselt, hängt vom Wert des Meß­ widerstandes R 1 und von der Eingangsspannung ab. Ist die Stromschwelle für einen bestimmten Eingangsspannungswert durch Wahl des Meßwiderstandes R 1 eingestellt, so liegt ihre Abhängigkeit von der Eingangsspannung fest. Die Schwelle wächst dann monoton mit der Eingangsspannung.

Die Knotenpunkte A und B sind mit den Eingängen eines als Komparator verwendeten Operationsverstärkers V 1 verbun­ den, und zwar der Knotenpunkt A mit dem nichtinvertieren­ den und der Knotenpunkt B mit dem invertierenden Ein­ gang. Der Ausgang des Opertationsverstärkers V 1 ist über einen Widerstand R 6 an die Basis eines als Schalter wir­ kenden npn-Transistors T 2 geführt. Bei hoher Ausgangs­ spannung - also Strömen über der eingestellten Schwelle - des Operationsverstärkers V 1 wird der Transistor T 2 leitend, bei niedrigerer Ausgangsspannung ist der Tran­ sistor T 2 gesperrt.

Der Emitter des Transistors T 2 ist mit dem zweiten Längs­ zweig ZW 2 verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand R 13 mit der Basis eines weiteren npn-Transi­ stors T 3 verbunden ist, die ihrerseits über die Reihen­ schaltung eines Widerstandes R 14 und des Widerstandes R 13 mit dem Ausgang eines Regelverstärkers V 2 verbunden ist, durch den die Ausgangsspannung der Anordnung geregelt wird. Durch die Widerstände R 13 und R 16 ist der Tran­ sistor T 3 immer spannungsgesteuert; damit ist ein sicheres Sperren des Transistors T 3 bei geöffnetem Tran­ sistor T 2 gewährleistet.

Da der Kollektor des Transistors T 3 mit der Basis des pnp-Leistungstransistors T 1 verbunden ist und der Emitter des Transistors T 3 über einen Emitterwiderstand R 15 an den zweiten Längszweig ZW 2 geführt ist, wird der Strom im Längszweig ZW 1 dann auf Null reduziert, wenn der Transi­ stor T 3 gesperrt ist. Das ist jedoch gleichbedeutend mit der Öffnung des Transistors T 2 bzw. mit dem Überschreiten der eingestellten Stromschwelle im Längszweig ZW 1.

Um eine rückläufige Ausgangskennlinie zu erhalten, ist die Ausgangsklemme A 1 des ersten Längszweiges ZW 1 über einen Widerstand R 3 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V 1 verbunden. Durch eine rück­ läufige Ausgangskennlinie werden die Verluste z.B. bei Kurzschluß am Ausgang erheblich herabgesetzt.

Liegt der Strom im Längszweig ZW 1 unter der eingestellten Schwelle, so ist der Transistor T 2 gesperrt und die Steuerung des Leistungstransistors T 1 kann durch die Aus­ gangsspannung des Regelverstärkers V 2 erfolgen. Über den durch die Widerstände R 13, R 14 und R 16 gebildeten Span­ nungsteiler wird die heruntergeteilte Ausgangsspannung des Regelverstärkers V 2 der Basis des Transistors T 3 zu­ geführt. Eine Zenerdiode Z 1 zwischen der Basis des Tran­ sistors T 3 und dem zweiten Längszweig ZW 2 sorgt dafür, daß die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T 3 eine wählbare Schwelle nicht überschreiten kann; damit ist gleichzeitig eine zweite Sicherung zur Begrenzung des Stromes im ersten Längszweig ZW 1 geschaffen.

Der Regelverstärker V 2 ist als gegengekoppelter Opera­ tionsverstärker ausgeführt; im Gegenkopplungszweig liegt die Serienschaltung eines Kondensators C 3 und eines Widerstandes R 9.

Die Sollspannung, die an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers V 2 angelegt ist, wird mit Hilfe der Serienschaltung eines Widerstandes R 7 und einer Zenerdiode Z 2 gewonnen. An den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V 2 ist eine zur Ausgangsspannung der Regeleinrichtung proportionale Spannung gelegt; diese Spannung wird mit einem Spannungsteiler R 8, R 17 aus der Ausgangsspannung erzeugt. Mit einem zuschaltbaren Wider­ stand R 18 kann das Teilungsverhältnis des Spannungstei­ lers R 8, R 17 auf einen gewünschten Wert gebracht werden.

Um die Schwingungsneigung der Regeleinrichtung zu ver­ ringern und um Spannungspitzen und Lastspitzen aufzufan­ gen, ist der invertierende Eingang des Operationsverstär­ kers V 1 über einen Kondensator C 2 mit der Basis des Tran­ sistors T 2 verbunden und diese wiederum über einen Wider­ stand R 12 an den zweiten Längszweig ZW 2 geführt.

Ein hochohmiger Widerstand R 2, über den der Emitter des Leistungstransistors T 1 mit seiner Basis verbunden ist, sorgt für definierte Spannungsverhältnisse.

Claims (5)

1. Regeleinrichtung mit einem Leistungstransistor und einem Messwiderstand in einem ersten ihrer beiden Längs­ zweige, mit einem ausgangsseitigen Spannungsteiler und einem Regelverstärker, der die Spannung am Mittenabgriff des Spannungsteilers mit einer Sollspannung vergleicht und dessen Ausgangsspannung zur Steuerung des Leistungs­ transistors verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig zwischen den beiden Längszweigen ein erster Spannungsteiler (R 4, R 10) vor dem Messwiderstand (R 1) und ein zweiter Spannungsteiler (R 5, R 11) hinter dem Messwiderstand (R 1) liegt, daß der Mittenabgriff (A) des ersten Spannungsteilers (R 4, R 10) an den nichtinver­ tierenden Eingang und der Mittenabgriff (B) des zweiten Spannungsteilers (R 5, R 11) an den invertierenden Eingang eines Komparators (V 1) geführt ist, mit dessen Ausgangs­ spannung ein elektronischer Schalter (T 2) betätigt wird, durch den eine steuerbare Stromquelle (T 3) abgeschaltet oder zur Steuerung durch den Regelverstärker freigegeben wird und daß die steuerbare Stromquelle (T 3) den Basis­ strom des Leistungstransistors (T 1) festlegt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es sich bei dem Komparator (V 1) um einen Operationsverstärker handelt, dessen Ausgang über einen ersten Widerstand (R 6) mit der Basis eines als Schalter wirkenden ersten bipolaren Transistors (T 2) verbunden ist, und daß die Ausgangsklemme des ersten Längszweiges über einen Rückkopplungswiderstand (R 3) mit dem inver­ tierenden Eingang des Operationsverstärkers (V 1) verbun­ den ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der invertierende Eingang des Operationsverstärkers (V 1) über einen Kondensator (C 2) mit der Basis des ersten bipolaren Transistors (T 2) verbunden ist, die ihrerseits über einen zweiten Widerstand (R 12) mit dem zweiten Längszweig verbunden ist.

4. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der steuerbaren Stromquelle um einen zweiten bipolaren Transistor (T 3) handelt, dessen Kollektor mit der Basis des Leistungstransistors (T 1) und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand (R 15) mit dem zweiten Längszweig (ZW 2) verbunden ist, und daß zur Begrenzung der Basis-Emitter-Spannung zwischen der Basis des zweiten bipolaren Transistors (T 3) und dem zweiten Längszweig eine Zenerdiode (Z 1) liegt.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Basis des zweiten bipolaren Transistors (T 3) über einen dritten und vierten Widerstand (R 13, R 14) mit dem Ausgang des Regelverstärkers (V 2) und über einen fünften Widerstand (R 11) mit dem zweiten Längszweig verbunden ist und daß der Kollektor des ersten bipolaren Transistors (T 2) mit dem Verbindungspunkt des dritten und vierten Widerstandes (R 13, R 14) verbunden ist.