DD280838A1 - Programmierbares schaltnetzteil - Google Patents

Abstract

Mit dem programmierbaren Schaltnetzteil wurde eine bipolare, bis zu kleinsten Ausgangswerten programmierbare Konstantspannungs- bzw. Konstantstrom-Versorgungseinheit geschaffen, die das guenstige Leistungsvolumen und den hohen Wirkungsgrad eines Schaltnetzteiles mit den guten dynamischen Eigenschaften und kleinen Ausgangs-Pulsationswerten eines analogen Reglers vereinigt. Das Prinzip ist auch fuer einen allgemeinen Schaltregler verwendbar. Dabei ist der Spannungsabfall ueber einem Laengsstellglied (Emitter-Kollektorstrecke) eines analogen Reglers als Regelgroesse fuer das Schaltnetzteil benutzt, so dass dieser Wert ueber dem analogen Laengsstellglied konstant auf eine solche Groesse geregelt wird, die zur Gewaehrleistung der Analogkreisregelung minimal noetig ist. Figur

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Bedingt durch die Automatisierung, die auch auf allen Gebieten der Elektrotechnik und Elektronik Einzug hält, speziell zum Aufbau von automatischen Prüfplätzen bzw. Prüfautomaten steigt u.a. der Bedarf an programmierbaren Spannungs- bzw. Stromversorgungseinheiten. Zunehmend wird dabei die kompakte Bauweise angestrebt, um möglichst kleine Gefäßvolumen zu erhalten. Reduzierte Leistungsvolumen der programmierbaren Spannungs- bzw. Stromversorgungseinheiton sind nur erreichbar, wenn such hier die Prinzipien des Schaltreglers zur Anwendung kommen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Programmierbare Spannungs- bzw. Stromversorgungseinheiten als analoge „Vollregler" oder als Kombination au3 einem 100Hz-gepulsten Regler mit Energiespeicher und einem analogen .Teilregler" sind seit langem allgemein bekannt.

Die analogen „Vollregler", unipolar, bipolar oder als „Vierquadrantenquelle" haben den Nachteil, daß ihre .Stellglieder" für die maximale Abgabeleistung zwinglich einer betriebsspannungsbedingten Loistungsresorve konzipiert sein müssen (große Kühlflächen, Lüfter) und daß sie, wie auch die lOOHz-gepulsten kombinierten Systeme, durch Netztransformatoren, Gleichrichter und Ladekondensatoren mit großen Abmessungen bezüglich der Volumenreduzierung kaum Möglichkeiten bieten. Außerdem arbeitet der analoge .Vollregler" mit einem schlechten Wirkungsgrad und das lOOHz-gepulste, kombinierte System im CC-Betrieb mit sehr großen Einstellzeiten.

Bei von Hand steuerbaren Laborstromversorgungen if* zur Verbesserung des Wirkungsgrades bekannt, entweder bereichsweise die ungeregelte Speisespannung entsprechend der Ho, e der eingestellten Ausgangsspannung umzuschalten oder im Gleichlauf mit dem FuhrungsgröGensteller für die Ausgangsspannung zu steuern. Durch diese Maßnahme steigt die Verlustleistung im Längsstollglied, d. h. üoer der Kollektor-Emitter-Strecke eines verwendeten Leistungstransistors auch bei maximalem Strom und heruntei-geregelt»»' Spannung nicht über das Maß, das sich aus der Mindestkollektoremitterspannung zur Gewährleistung der Regelung und dem . aststrom ergibt (DD-WP 201530).

Die allgemein bekannten Schaltnetzteile bzw. Schaltregler arbeiten bei Festspannungen in einem kleinen Einstellbereich mit einem sohr guten Wirkungsgrad und großen Regelroservon gegenüber Eingangsspannungs-Schwankungen bei kleinem Leistungsvolumen.

Ziel der Erfindung

Mit dem „ProgrammierDaren Schaunetzteil" gemäß Erfindung wird angestrebt, eine bipolare Spannungs- bzw. S'.rom-Versorgungseinheit zu schaffen, die bei günstigem Leistungs-Volumen mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und deren Ausgangsgrößen .Konstantspannung" (CV-Beinob) biw. ,Konstantstrom" (CC-Betrieb) bis zu kleinsten Werten programmierbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung Ausgehend von vorstehender Zielstellung liegt dor Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, ein ,Schaltteilnetz'' oder einen

.Schaltregler" (Arbeitsfrequenz 20 bis 10OkHz) mit einem analogen .Teilregler" und einem „Thyristor-Polwender" so zukombinieren, daß am Ausgang bipolar, bis zu kleinsten Werten programmierbare Spannungs- bzw. Stromgrößen zur Verfügungstehen.

Das „Schaltnetzteil" bzw. der .Schaltregler" übernimmt dabei die Vorregelung, d. h. die Grob-Energie-Entnahme aus dem Betriebsspannungsnetz und der analoge .Teilregler" ermöglicht mit soinen alternativ im Eingriff stehenden ζ v/ei Spannungs- Regelverstärkern (bipolarer CV-Betrieb über Fühllcitungen) und einem Strom-Regelverstärker (CC-Betrieb mittels internen Meßwiderstandes) die Feinregelung über sein .Transistor-Stellglied" bei günstigen Pulsations-Größen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gilöst, daß der Spannungsabfall über dem im Ausgangsstromkreis des Schaltnetzteiles oder des Schaltreglers angeordneten Stellgliedes der analogen Regelkreise ständig auf einen konstanten Wert

ausgeregelt ist und als Ausgangsgröße des Regelsystems eine Konstantspannung oder die EMK für einen Kontstantstromerzeugt ist, die sich aus der Differenz der HMK auf dem Energiepuffer des Schaltreglers und dem Spannungsabfall über demanalogen Stellglied ergibt.

Abhängig von einem Signal realisiert eine Steuereinheit die Ausgangsumpolung mittels „Thyristor-Polwenders" und die Eingriffs-Auswahl des zugeordneten Spannungs-Regelverstärkers. Ausführungsbeispiel

Die Figur zeigt ein .Programmierbares Schaltnetzteil", in dessen Ausgangs-Stromkreis ein analoges .Stellglied" VT2 mit Treiber VT1, ein Meßwiderstand RN und ein „Thyristor-Polwender" VD6 bis VD9 angeordnet sind. Das „Stellglied" VT2 wird alternativ bei positivem CV-Betrieb in den Regelkreis mit dem Regelverstärker N 4 über den Optokoppler U 2 und der Diode VD5, bei negativem CV-Betrieb in den Regelkreis mit Regelverstärker N3 über Optokoppler U3 und Diode VD4, bei CC-Betrieb in aen Regelkreis mit Regelverstärker N 2 über Diode VD3 einbeiogen, wenn der Optokoppler U1 durch das ON-3ignal aktiviort ist und damit die Treiberstrom-EMK (+UBz. B. 15 V) über Widerstand R 5 anliegt. Bei CV-Betrieb wird die an den Fühlleitungen SLO und SHI anliegende Ist-Größe UA mit der Programmgröße DAC .U" in Abhängigkeit von der Polarität und der Steuercharakteristik (Teiiu ngsverhältnis) mittels der in Brückenschaltung arbeitenden Regelverstärkern N4 bzw. N3 verglichen. Bei CC-Betrieb erfol'jt der Vergleich der mittels Meßwiderstandes RN gewonnenen Ist-Größe mit dar Programmgröße DAC „Γ durch den Verstärker N 2 in Brückenschaltung.

Das Schalinetzteil arbeitet nach den bekannten Prinzipien bei 2OkHz mit dem Pulsbreitenmodulator-Schaltkreis N1 (B 260), wobei der Leistungsübertrager T1 und der Steuertransformator T2 die Trennung vom Netzpotential realisieren. Indem der an der Kollektor-Emitter-Strecke des Stellgliedes gebildete Spannungsabfall über Widerstand R1 dem Regelverstärker im Schaltkreis N1 zugeführt und dort mit einer internen Referenzgröße =»3,6 V verglichen wird, erzeugt das Schaltnetzteil durch die Wirkung des mit dem Regelverstärker im Schaltkreis N1 gekoppelten Pulsduuermodulators an seinem Energiepuffer C 2, unabhängig von der Programmgröße, immer eine die Kollektor-Emitter-Spannung des Stellgliedes VT 2 in etwa um 3,6 V übersteigende Spannung. Die Steilheit dieser Regelung wird durch Widerstand R2 bestimmt, die „Beruhigung" durch Kondensator C1 realisiert und der Eingang des Regelverstärkers durch Z-Diode VD1 geschützt. Durch die Kaskadierung des Schaltnetzteiles mit den analogen Regelkreisen wird somit erreicht, daß die Spannungs-Ausgangsgröße des Systems als Konstantspannung bei CV-Betrieb oder als EMK für den Konstantstrom bei CC-Betrieb immer als Differenz zwischen der Spannung über dem Energiepuffer C2 und Kollektor-Emitter-Spannung des „Stellgliedes" gebildet wird. Alle Pulsationen, mit denen die Spannung über den Energiepuffer C2 noch behaftet ist, werden dabei elimeniert. Die Verlustleistung des „Stellgliedes" bleibt durch die Kollektor-Emitter-Spannung von etwa 3,6V in Grenzen, bei hohen Ausgangsspannungen arbeitet das System angenähert mit dem Wirkungsgrad des Schaltnetzteiles. Die Steuereinheit STE realisiert abhängig vom Signal MSB „U" die Ausgangspolung mittels Polwenders. Der Lastauspang OLO führt das negative und OHI das positive Ausgangspotential, wenn die Thyristoren VD9 und VD10 statisch «durchgezündet" sind und bei CV-Betrieb der Regelverstärker N3 durch aktivgesteuerten Optokoppler U 3 im Eingriff ist. Entsprechend sind bei der anderen A usgangspolung die Thyristoren VD7 und VD8 „durchgezündet" und Regelverstärker N4 durch aktivgesteuerten Optokoppler U 2 im Eingriff.

Der Widorstand R4 stellt eine Vorlast lar, um für den „Leerlauf" des Systems die Größe der Speicherdrossel L1 in Grenzen zu halten.

Über Widerstand Ft3 und Diode VD6 wird den CV-Regelkreisen, von der positiven internen Betriebsspannung +UB (z.B. 15V) angetrieben, eine Gegenspannung aufgeprägt, um die Regelung klainer UA-Größen zu versteuern.

Die Widerstände RP ind R 7 realisieren eine „lose" Kopplung der Fühlleitungen mit den zugeordneten Lastleitungen, um das „Hochregeln" der/ usgangsspannung weit über den Programmwert bei nicht geschlossenen Fühlleitungen zu unterbinden.

Claims (2)

1. Programmierbares Schaltnetzteil oder programmierbarer Schaltregler mit einer konstanten Arbeitsfrequenz im Bereich 20 bis 10OkHz, Pulsdauermodulator-Regelkreis kaskadiert mit analogen, alternierend arbeitenden Konstantspannungs- bzw. Konstantstromregelkreisen, gekennzeichnet dadurch, daß der Spannungsabfall (UCE) über dem im Ausgangsstromkreis des Schaltnetzteiles oder des Schaltreglers angeordneten Stellgliedes (VT 2) der analogen Regelkreise ständig auf einen konstanten Wert ausgeregelt ist und als Ausgangsgröße des Regelsystems eine Konstantspannung (UA) oder die EMK für einen Konstantstrom (IA) erzeugt ist, die sich aus der Differenz der EMK auf dem Energiepuff&r (C2) des Schaltreglers und dem Spannungsabfall über dem analogen Stellglied ergibt, wobei in bekannter Weise unter Konstantspannungsbetrieb (CV) die an Fühlleitungen anl, gende Istgröße (UA) oder unter Konstantstrombetrieb (CC) die mittels Meßwiderstandes (RN) gewonnene Strominformation (IA) mit den Programmgrößen (DAC „U", DAC „I") über Tellernetzwerke mittels Regelverstärkers (N 2 oder N 3 oder N 4) verglichen sind, die das Stellglied (VT2) steuern.

2. Programmierbares Schaltnetzteil oder programmierbarer Schaltregler nach Anspruch 1. gekennzeichnet dadurch, daß am Ausgang des Regelsystems ein Thyristor-Polwender _tVD7 bis VD10) mit einer Steuereinheit (STE) angeordnet ist, die abhängig von einem Signal (MSB „U") die Polung der Ausgangsgrößen (UA, IA) festlegt und zuordnet, entsprechend alternierend die Regelverstärker (N3, N4) für den Eingriff auswählt.