OP-Anwendungen in Stromversorgungsgeräten

Zusammenfassung

Abb. 5.1 zeigt das grundsätzliche Regelungsprinzip einer längsstabilisierten Spannungsquelle. Die Funktionsweise liegt darin, dass die Differenz aus transformierter und gleichgerichteter Eingangsspannung U_e und der gewünschten Ausgangsspannung U_a über einen steuerbaren Widerstand vernichtet wird. Diese Funktion wird von einem Leistungstransistor übernommen. Der Transistor ist regelungstechnisch das Stellglied. Wird über einen Lastsprung durch Veränderung des Widerstandes R_Last die Ausgangsspannung U_a beispielsweise kleiner, so wird über den Messumformer der Istwert x (Regelgröße) ebenfalls kleiner. Die Differenz zwischen Sollwert w (Führungsgröße) und Istwert x wird größer, so dass die Regelabweichung x_w (Regeldifferenz e) sich erhöht. Über einen Verstärker, dem sogenannten Regler, wird die Stellgröße y größer. Der Transistor wird weiter durchgesteuert. Die Ausgangsspannung U_a wird damit wieder soweit nachgeregelt, bis die Regelabweichung praktisch Null wird. Die Ausregelung orientiert sich immer nach dem Sollwert w, der sogenannten Referenzspannungsquelle. Sie wird im einfachsten Fall durch eine Z‐Diode realisiert. Jedes spannungsstabilisierte Netzgerät benötigt eine Spannungsreferenz, nach der die Ausregelung des Istwertes erfolgt. Für hochwertige Netzgeräte werden an die Referenzspannung hinsichtlich Spannungskonstanz hohe Anforderungen gestellt. Erreicht wird diese Spannungsstabilität durch stromkonstante Einspeisung von temperaturkompensierten Z‐Dioden. Die ständige Veränderung der Stromentnahme durch R_Last ist eine wesentliche Störgröße im Regelkreis. Eine weitere relevante Störgröße ist die Schwankung der Eingangsspannung U. Sie wird im Allgemeinen über einen Netztrafo mit nachfolgendem Vollweggleichrichter und einem Glättungskondensator gewonnen. Neben der Netzspannungsschwankung weist die Eingangsspannung U durch die eingeschränkte Siebung der Glättungskondensatoren einen erheblichen Spannungsbrummanteil auf, der ebenfalls ausgeregelt werden muss. Im Falle einer augenblicklichen Spannungsabsenkung der Eingangsspannung U wird U ebenfalls kleiner. Der Istwert x wird kleiner. Die Regelabweichung x = x − w wird größer, so dass der Regler den Transistor weiter durchsteuert und U trotz niedrigerer Eingangsspannung auf den ursprünglichen Wert wieder nachgeregelt wird. Die meisten Stromversorgungsgeräte enthalten noch eine eingebaute Strombegrenzung. Wird der Strom durch R zu groß, so wirkt die elektronische Strombegrenzung sperrend auf das Stellglied. Der Strom wird begrenzt.