I'Sohaltung zur Gleichrichtung einer Wechselspannung und gleichzeitigen
BeErenzunS der erzeugten Gleichs-Pannung11 Die Erfindung betrifft eine Schaltung
zur Gleichrichtung -.einer Wechselspannung und gleichzeitigen Begrenzung der erzeugten
Gleichspannung unter Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters, dem neben der
gleichzurichtonden Wechselspannung-Zündimpulse aus einer Kippstufe zugefü#rt-werden.I'Sohaltung for rectifying an AC voltage and simultaneously BeErenzunS the generated equalization-Pannung11 The invention relates to a circuit for rectifying -.einer AC voltage and simultaneously limit the DC voltage generated using a controlled rectifier, the zugefü next to the gleichzurichtonden AC voltage ignition pulses from a flip-flop # rt-be.
Das Wesenider Erfindung wird darin gesehen, daß die Kippstufe als
astabiler Multivibrator ausgebildet ist, dessen Frequenz groß im Vergleich zur Frequenz
der Wechselspannung ist und daß eine Schwellwertstufe vorgesehen ist, die beim Überschreiten
der Sollspannung an dem dem Gleichrichter nachgeschalteten Glättungekondensator
die Zufuhr der Zündimpulse zu dem Gleichrichter unterbricht und beim Unterschreiten
der Sollspannung die weitere Zuführung der Zündimpulse wieder auslöst.
bei
denen dig Avsgangegleichspanonstant gehe#Iten und damit auch in ihrer Größe begrenz
wird =d bei denen Sosteuerte Glgichlichter zum Einsatz kommen, denen zieben der
gleichzurichtenden Wochaelspannung auch noch Zündimpulse aus einer Kippstufe zugeführt
werden, sind beispielsweise aus der Zeitschrift "Wireless World", Okt.
1963,
Seite 482, Figur 3, bekannt. Bei der bekannten Schaltung wird die Wechselspannung
zwei antiparallel geschalteten Gleichrichtern zugeführt, die abwechselnd mit Zündimpulsen
beaufschlagt werden. Uber einen Transformator wird die Ausgangsspar--nung diesar
gesteuerten Gleichrichter dem eigentlichen Gleichrichter der Schaltung zugeführt
und in Abhängigkeit von der Abweichung der Ausgangsspannung dieses Gleichrichters
von einer Sollspannung wird die Lage der Zündimpulse für die gesteuerten Gleichrichter
geändert. Im Gegensatz zur erfindungegemäßen Schaltung werden die gesteuerten Gleichrichter
bei der bekannten Schaltung nicht als eigentliche Gleichrichter (hierfür sind gesonderte
Gleichri.chter vorgesehen), sondern nur als Regelorgane ausgenutzt4 Außerdem wird
bei der bekannten Schaltung die Lage der ZÜndimpulse innerhalb der Halbperioden
der Wechselspannung variiert, während beim Anmeldungsgegenstand die ZÜndimpulse
zeitweise unterdrückt werden.
Die bekannte Schaltung gibt an ihrem
Ausgang eine relatIV konstante Gleichspannung ab# Es treten jedoch
AnNendungsfälle aufg wo eine solche relativ exakt konstant gehaltene Gleichopamung
am Gleichrichterausgamg nicht.benötigt wird, sondern-wo nur sichergestellt werden
mußg daß die erzeugte Gleichspannung bei geringer Belastung nicht so groß wird,
daß angesch.altete Geräteteile zerstört werden. Dar bei der bekannten Schaltung
notwendige Aufwand (zusätzlicher Gleichrichter und eine komplizierte Steuerschaltung)
ist-bei derartigen Anwendungsfällen nicht gerechtfertigt. Die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe besteht darin, eine wenig aufwendige Schaltung mit geringem Leistungsbedarf
zu schaffen, die für die Gleichrichtung einer Wechselspannung geeignet ist und bei
der die erzeugte Gleichspannung nicht wesentlich Über eine Sollspannüng ansteigen
kann.The essence of the invention is that the flip-flop is designed as an astable multivibrator, the frequency of which is high compared to the frequency of the alternating voltage and that a threshold level is provided which, when the target voltage is exceeded on the smoothing capacitor connected downstream of the rectifier, the supply of the ignition pulses to the The rectifier interrupts and when the voltage falls below the target voltage, the further supply of the ignition pulses is triggered again. in which there is a constant response and is therefore also limited in size = d in which controlled equilibrium lights are used, to which the weekly voltage to be rectified is also supplied with ignition pulses from a flip-flop, are for example from the magazine "Wireless World", Oct. 1963, page 482, Figure 3, known. In the known circuit, the alternating voltage is fed to two rectifiers connected in anti-parallel, which are alternately supplied with ignition pulses. The output voltage of this controlled rectifier is fed to the actual rectifier of the circuit via a transformer and the position of the ignition pulses for the controlled rectifier is changed as a function of the deviation of the output voltage of this rectifier from a nominal voltage. In contrast to the circuit according to the invention, the controlled rectifiers in the known circuit are not used as actual rectifiers (separate rectifiers are provided for this purpose), but only as regulating organs the ignition pulses are temporarily suppressed for the subject of the application. The known circuit outputs at its output a relatively constant DC voltage from # However, there are Anne manure cases aufg where such relatively exactly held constant Gleichopamung is nicht.benötigt on Gleichrichterausgamg but-where only be ensured mußg that the DC voltage generated not so great at low load that switched on device parts will be destroyed. The effort required in the known circuit (additional rectifier and a complicated control circuit) is not justified in such applications. The object on which the invention is based is to create an inexpensive circuit with a low power requirement, which is suitable for rectifying an alternating voltage and in which the direct voltage generated cannot rise significantly above a nominal voltage.
GÜnstigerweise wird als Schwellwertstufe bei der erfindungsgemäßen
Schaltung eine Zenerdiode verwendet, die mit dem astabilen Multivibrator derart
zusammengeschaltet wird, daß beim Überschreiten der Sollspannung der astabile Multivibrator
stillgesetzt wird. Anstelle eines gesteuerten Gleichrichters können auch mehrere
parallel geschaltete gesteuerte Gleichrichter verwendet werden, aber auch z. B.
zwei im Gegentakt betriebene gesteuerte Gleichrichter.
zin Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltung ist in der Figur 1 der Ze.ichnung dargestellt.
Die gleichzurichtende Wechselspannung von z. B. 220 V wird an die Klemmen
1
und 2 eines Transformators 3 angelegt, an dessen Sekundärwicklung
ein gesteuerter Gleichrichter 4 angeschaltet ist. Der gesteuerte Gleichrichter 4
weist eine Steuerelektrode auf, der kurze Zündimpulse eines astabilen Multivibrators
6
zugeführt werden. Da die Frequenz dieser Impulse groß gegenüber der gleichzurichtenden
Wechselspannung ist (z. B. 10mal größer)q wird innerhalb der Halbwellen einer Polarität
immer einmal der Zustand erreicht, bei dem der gesteuerte Gleichrichter zündet und
damit durehlässig wird. Dieser Zustand bleibt auch beim Verschwinden der Zündimpulse
wegen des Widerstandes 7 und des Kondensators 8 erhalten, allerdings
nur so lange als der'Augenblickswert der Wechselspannung eine durch den gesteuerten
Gleichrichter bestimmte GrÖße (Löschspannung) Übersteigt. In der Zeitg in der der
gesteuerte Gleichrichter-4 durchlässig ist, wird der Kondensator 9 über die-Spule
10 geladen, Überschreitet bei dieser Ladung die Spannung am Kondensator die
durch-die Zenerdiode 11
bestimmte Schwellenspannung, so wird der astabile
Multivibrator stillgesetzt, wonach sich der K ondensator 9 entsprechend der
an den Klemmen 1.2 und 13 liegenden Belastung entlädt. Sinkt die Spannung
am Kondensator 9 so weit ab, daß die Schwellenspannung
der
Zenerdiode untexischritten wird, so wird cler astabile Multivibrator wieder in Betrieb
gesetzt und die AÜfladung den Kondensators 9 wird erneut vorgenommen.Favorably, a Zener diode is used as the threshold level in the circuit according to the invention, which is connected to the astable multivibrator in such a way that the astable multivibrator is stopped when the setpoint voltage is exceeded. Instead of a controlled rectifier, several controlled rectifiers connected in parallel can also be used. B. two controlled rectifiers operated in push-pull. An exemplary embodiment of the circuit according to the invention is shown in FIG. 1 of the drawing. The alternating voltage to be rectified from z. B. 220 V is applied to terminals 1 and 2 of a transformer 3 , on whose secondary winding a controlled rectifier 4 is connected. The controlled rectifier 4 has a control electrode to which short ignition pulses from an astable multivibrator 6 are fed. Since the frequency of these pulses is high compared to the alternating voltage to be rectified (e.g. 10 times greater) q, the state in which the controlled rectifier ignites and thus becomes permeable is reached once within the half-waves of a polarity. This state is retained even when the ignition pulses disappear because of the resistor 7 and the capacitor 8 , but only as long as the instantaneous value of the alternating voltage exceeds a value determined by the controlled rectifier (extinction voltage). In the Zeitg in the controlled rectifier 4 is transparent, the capacitor 9 is charged through the coil 10 exceeds at this charge, the voltage on the capacitor which is determined by-the Zener diode 11 threshold voltage, the astable multivibrator is stopped, after which the capacitor 9 discharges according to the load applied to terminals 1.2 and 13. If the voltage on the capacitor 9 drops so far that the threshold voltage of the Zener diode is not exceeded, the astable multivibrator is put into operation again and the capacitor 9 is charged again.
Wie bereits oben erwähnt, können anstelle eines gesteuerten Gleichrichters
auch zwei im Gegentakt betriebene gesteuerte Gleichri chter vorgesehen sein. Der
sich in diesem Fall am Kondensator ausbildende Spannungsverlauf ist in Figur 2 dar--
ge tellt. Im Zeitpunkt ti zündet der eine Gleichrichter und lädt den Kondensator
9 auf. Es ist hier angenommen, daß b&-,-; zum-Absinken des Augenblickswerts
der Halbwelle auf die LÖschspannung der Kondensator 9 noch nicht so weit
aufgeladen ist, daß die Schwellenspannung überschritten wird; vielmehr soll durch
die Aufladung nur eine Spannung 'U, am Kondensator erreicht werden. In diesem Falle'wird
der astabile Multivibratör 6 noch nicht abgeschaltet und es wird unmittelbar
danach der zweite, im Gegentakt arbeitende gesteuerte Gleichrichter gezÜndet. Dieser
lädt in der folgenden Halbperiode der Wechselapannung den Kondensator
9 so weit auf, daß an ihm die Spannung U, steht. Bei Uberschreiten der Schwellenspannung
jo wird jedoch der astabile Multivibrator stillgesetzt. Nach Erreichen des, Spannungswerts
U2 entlädt sich somit der Kondensator 9 entsprechend der anliegenden
Belastung, und zwar so lange, bis die Ausgangsspannung wieder die Schwellenspannung
unterschreitet.
Dann, und zwar im Zeitpunkt t 3 bzw. kurz vorher, wird der astabile Multivibrator
wieder in Betrieb gesetzt. Nummehr wurde angenommen, daß der Zündimpuls so innerhalb
der Halbperlode der Wechselspannung liegt, daß der Gleichrichter nach Verschwinden
den Zündimpulses noch so lange durchlässig bleibt, bis die Ausgangsspannung die
Schwellenspannung überschreitet. Beim Überschreiten der Schwellenspannung wird wiederum
der astabile Multivibrator stillgesetzt. Wie die obigen Ausführungen und die Darställung
der Figur 2 zeigt, sind die zu den Zeitpunkten t 1 und t 3 beginnenden
Spannungsverläufe in ihrer Größe und Dauer unterschiedlich. Ein Grund für diese
Tatsache ist darin zu sehen, daß die Frequenzen der Wechselspannung und des astabilen
Multivibrators in keinem harmonischen Verhältnis zueinander stehen. Für den oben
angenommenen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Schaltung sind diese ungleichen
Spannungsverläuft; je-
doch nicht störend. Wesentlich ist, daß die Ausgangsspannung
einen vorgegebenen Wert (U2) praktisch nicht überschreitet. Die Zeitkonstante der
Regelung ist nicht allein durch die Induktivität der Spule 10 und die Kapazität
des Kondensators
95 sondern auch noch durch die Hysterese
des steuernden astabilen Multivibrators gegeben. Bei der erfindungsgemäßeng bei
50 Hz betriebenen Schaltung beträgt sie etwa 0,2 Sek" h. der Zeitabstand
zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 3 beträgt etwa 0,2 Sek.As already mentioned above, instead of one controlled rectifier, two controlled rectifiers operated in push-pull can be provided. Of which forms in this case, the capacitor voltage curve in Figure 2 DAR - tellt ge. At time ti, one of the rectifiers ignites and charges the capacitor 9 . It is assumed here that b & -, -; in order to lower the instantaneous value of the half-wave to the extinction voltage, the capacitor 9 is not yet charged so far that the threshold voltage is exceeded; rather, only a voltage 'U, should be achieved across the capacitor by charging. In this Falle'wird the astable Multivibratör 6 is not switched off and is then ignited immediately, the second, operating in push-pull controlled rectifier. In the following half-cycle of the alternating voltage, this charges the capacitor 9 to such an extent that the voltage U i is applied to it. When the threshold voltage jo is exceeded, however, the astable multivibrator is stopped. After the voltage value U2 has been reached , the capacitor 9 is thus discharged in accordance with the applied load, specifically until the output voltage falls below the threshold voltage again. Then, specifically at time t 3 or shortly before, the astable multivibrator is put into operation again. In addition, it was assumed that the ignition pulse is so within the half-cycle of the alternating voltage that the rectifier remains permeable after the ignition pulse has disappeared until the output voltage exceeds the threshold voltage. When the threshold voltage is exceeded, the astable multivibrator is again shut down. As the above explanations and the representation in FIG. 2 show, the voltage profiles beginning at times t 1 and t 3 are different in terms of their size and duration. One reason for this fact can be seen in the fact that the frequencies of the alternating voltage and the astable multivibrator are not in a harmonic relationship to one another. For the application of the circuit according to the invention assumed above, these voltage curves are unequal; JE but not annoying. It is essential that the output voltage practically does not exceed a predetermined value (U2). The time constant of the regulation is given not only by the inductance of the coil 10 and the capacitance of the capacitor 95 but also by the hysteresis of the controlling astable multivibrator. In the circuit according to the invention operated at 50 Hz, it is approximately 0.2 seconds. The time interval between the times t 1 and t 3 is approximately 0.2 seconds.