DE1068765B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gleichspannungswandler, mit Transistoren sind bekannt. Die Schwingung des Transistor-Oszillators wird dabei durch eine Rückkopplung aufrechterhalten, die entweder aus einer Wicklung des spannungsübersetzenden Transformators herr₍ührt (Spannungsrückkopplung) oder lastabhängig als Stromrückkopplung vorgenommen wird.

Für die Verwendung des Spannungswandlers im Stromversorgungsteil eines Elektronenblitzgerätes oder für die Versorgung eines Verbrauchers ähnlich stark wechselnder Belastung erweist sich die lastabhängige Stromrückkopplung als besonders geeignet. Das Übersetzungsverhältnis eines einfachen Gleichspannungswandlers mit Transistor-Oszillator wird bei Stromrückkopplung durch die Stromverstärkung des verwendeten Transistors begrenzt. Es muß die Ungleichung erfüllt sein:

W₁ < b.

Dabei bedeutet U₁ das Übersetzungsverhältnis des Spannungswandlers UeI und b die Stromverstärkung des Transistors. Man ist daher beim Bedarf einer hohen Endspannung gezwungen, von einer hohen Batteriespannung auszugehen.

Durch Einfügung eines Stromwandlers Ue2 in den Rückkopplungsweg mit dem Übersetzungsverhältnis M₂ kann eine höhere Spannungsübersetzung im Gleichspannungswandler erreicht werden, denn jetzt gilt die Ungleichung

Transistor-Gleichspannungswandler
für hohes Spannungsübersetzungsverhältnis

Anmelder:

Transformatoren- und Apparate-Fabrik
Paul Metz, Fürth (Bay.), Ritterstr.5

Adolf Schott, Fürth (Bay.),
ist als Erfinder genannt worden

U₂

U₁ < b ■ U₂.

Je nach Schaltung und Typ der Transistoren kann

Das Übersetzungsverhältnis des Hilfstransformators Ue2 kann nicht beliebig gewählt werden, da mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad der Anordnung eine Leistungsanpassung vorgenommen werden muß. Wenn man eine Endspannung (Betriebsspannung) am Verbraucher von 500 Volt anstrebt, ist eine Batteriespannung von 9 Volt als Ausgangsspannung erforderlich. Als rückkopplungsverstärkendes Mittel kann an Stelle eines stromwandelnden Hilfstransformators ein Hilfstransistor Anwendung finden. In diesem. Falle gilt die Ungleichung:

M₁ < fej · b₂,

wobei M₁ wieder das übersetzungsverhältnis des Spannungswandlers, b_x die mittlere Stromverstärkung des Leistungstransistors im Transistor-Oszillator und b₂ die Stromverstärkung des Hilfstransistors darstellt. ein Durchschnittswert von 20, für b_t ein DurchT

_{1 t}

schnittswert von 15 angenommen werden. Theoretisch wäre, dann: .

«!<20·15 =

Praktisch läßt sich bei Anwendung von zwei Transistoren, da die Stromverstärkung keine Konstante ist und sich mit der Belastung ändert, ein Übersetzungsverhältnis 1 : 100 erreichen. Bei Schneiladung mit erhöhter Spannung ist dabei immer noch eine Ausgangs-' spannung von 9 Volt Voraussetzung. In Elektronenblitzgeräten besteht mit Rücksicht auf den Raumaufwand die Forderung, mit einer möglichst niedrigen Batteriespannung, von etwa 6 Volt, auszukommen. Mit 6 Volt aber ist bei Anwendung eines der beiden obengenannten rückkopplungsverstärkenden Mittel nur noch unter Verlusten eine Betriebsspannung von 500 Volt zu erreichen. Mit Rücksicht auf die Herabsetzung der Aufladezeit aber ist eine höhere Ladespannung von mindestens 700 Volt bei einer Betriebsspannung von 500 Volt erwünscht.

909 648/284

Durch gleichzeitige Anwendung eines Hilfsstromwandlers und eines rückkopplungsverstärkenden Hilfstransistors ist folgende Ungleichung zu erfüllen:

Jt₁ < b_t · b₂ ■ U₂.

' Damit ist auch bei 6 Volt Batteriespannung auf wirtschaftliche Weise die Konstruktion eines Gleichspannungswandlers für 500 Volt Betriebsspannung mit Schnelladung durch Anwendung einer erhöhten Ladespannung von etwa 700 Volt leicht möglich.

Die Rückkopplung kann belastungsabhängig unmittelbar vom ; Lastkreis über Hilfstransistor und Hilfstransformator zur Basis des Transistor-Oszillators er.folgen. Es kann aber auch die Rückkopplung einem in Kollektor- oder Emitterkreis des Leistungstransistors, eingeschalteten Hilfsstromwandler entnommen werden.

Die lastabhängige Steuerung des Leistungstransistors im Transistor-Oszillator verlangt eine Beeinflussung der Basis dieses Transistors über Hilfstransistor und Hilfstransformator hinweg. Zur lastabhängigen Rückkopplung kommt bei Aufladung mit erhöhter Spannung die Forderung auf eine Ladebegrenzung nach Erreichen der Betriebsspannung. Weiterhin soll ein guter Start bei Beginn des Ladevorganges und Wiederstart nach der Ladebegrenzung möglich sein.

Gegenstand der Erfindung ist die Schaltung eines schwingungsfähigen Gebildes aus den beiden rückkopplungsverstärkenden Bauelementen, nämlich dem Hilfstransformator und dem Hilfstransistor, derart, daß durch die negative Spannung, welche über die Basis des Hilfstransistors diesen öffnet, gleichzeitig eine Rückkopplungsschwingung zwischen Hilfstransistor und Hilfstransformator zustande kommt, die ihrerseits den Leistungstransistor im Transistor-Oszillator öffnet und dann durch die lastabhängige Rückkopplungsschwingung des Transistor-Oszillators abgelöst wird.

An Hand der Abbildungen sei die Erfindung veranschaulicht.

Abb. 1. 7YaI ist der Leistungstransistor des Transistor-Oszillators; UeI ist der Spannungswandler mit Primärwicklung Wl und Sekundärwicklung W2; D ist ein Gleichrichter, und Cl ist der Speicherkondensator. Vom anderen Ende der Wicklung W2 aus werden während der Schwingung des als Durchflußwandler, geschalteten Gleichspannungswandlers über einen einstellbaren Widerstand R1 und eine Wicklung W5 des Hilfstransformators Ue2 Rückkopplungsstromstöße auf die Basis des Hilfstransistors Tra2 gegeben, der über die Minusklemme der Batterie, Wicklung W4 des Hilfstransformators Ue2, Kollektor-—Emitter diese Rückkopplungsstromstöße verstärkt und über den Hilfstransformator UV 2 auf die Basis des Transistor-Oszillators Tra 1 gibt. Die Rückkopplung ist belastungsabhängig, denn mit Ansteigen der Spannung im Speicherkondensator C1 wird der Ladestrom aus Wicklung W2 geringer, die Rückkopplungsstromstöße auf die Basis des Hilfstransistors 7Ya 2 werden schwächer und damit auch die verstärkten und im Stromwandler Ue 2 transformierten Stromstöße auf die Basis des Leistungstransistors Tral. Der Start des Gleichspannungswandlers zur Schwingung erfolgt folgendermaßen: Mit Einschaltung des Gerätes wird an das freie Ende des Widerstandes R 2 der negative Pol der hier nicht gezeichneten Batterie angelegt. Über Widerstand R1 und Wicklung W5 des Stromwandlers Ue2 erhält die , ,'■ Basis des Hilfstransistors Tra2 negative Spannung. Im Hilfstransistor wird dadurch der Weg Kollektor—Emitter geöffnet, während gleichzeitig von Wicklung WA auf Wicklung W5 zurückgekoppelt wird. Die Wicklungen WZ₁ WA und W5 sind so dimensioniert, daß von W4 auf IV5 heruntertransformiert und damit wirkungsvoll zurückgekoppelt werden kann. Die derart mit dem Hilfstransistor Tra 2 über den Hilfsstromwandler Ue2 angefachte Schwingung wird

ίο aus Wicklung WA auch in Wicklung WZ transformiert und öffnet den Kollektor—Emitter-Weg des Leistungstransistors Tral. Die beginnende Schwingung des Transistor-Oszillators Tral wird über die Sekundärwicklung W2 des Spannungswandlers UeI wieder der Basis des Hilfstransistors Tra2 mitgeteilt und löst belastungsabhängig die Schwingung zwischen Hilfstransistor.Tra2 und Hilfstransformator Ue2 ab. Der Kondensator C 2 dient der Herabsetzung der Beanspruchung der Basis-Emitter-Diode des Hilfstransistors 7Ya2 in der Sperrphase, gleichzeitig schließt er beim Start den Rückkopplungsweg für die Hilfsschwingung.

Ist der Spannungswandler Ue 1 für eine höhere Spannung, als der Betriebsspannung C1 entspricht, ausgelegt, so muß durch eine hier nicht gezeichnete Begrenzungsschaltung eine Begrenzungsspannung aufgebaut werden, die den negativen Rückkopplungsstromstößen auf die Basis des Hilfstransistors Tra2 entgegenwirkt und die Schwingung bei Erreichung der gewünschten Betriebsspannung am Kondensator Cl zum Abreißen bringt. Wenn dann die positive Begrenzungsspannung sich über den Widerstand R2 zur Batterie hin entladen hat, erfolgt durch einen negativen Strom, wie schon oben beschrieben, der Wiederstart.

Abb. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens. Die Bauteile sind wieder mit denselben Buchstaben wie in Abb. 1 gezeichnet, andere Bauteile haben andere Bezeichnungen. Die Wicklung WA des Hilfstransformators Ue2 liegt nicht mehr unmittelbar an der Minusklemme der Batterie, sondern am freien Ende der Wicklung W 6 des Spannungswandlers UeI. Dieser Spannungswandler UeI ist primärseitig als Autotransformator geschaltet und gibt während des Schwingungsvorganges über W6 eine negative Spannung, deren Betrag größer, ist als der Betrag der Batteriespannung zum Hilfstransformator Ue2. Dadurch wird die Durchsteuerung des Leistungstransistors Tral verbessert.

Abb. 3. In ähnlichem Sinne wirkt Ausführungsform 3. Die Wicklung WA des Hilfstransformators Ue 2 liegt wie in Abb. 1 am negativen Pol der Batterie. Dafür ist in den Stromweg Emitter—Basis des HilfstransistorjS 7Ya 2 eine Zusatzwicklung Wl des Spannungswandlers UeI geschaltet. Wicklung Wl ist so gepolt, daß am Emitter des Transistors 7Ya 2 während der Durchlaßphase eine positive Spannung anliegt, welche die Arbeitspannung dieses Transistors er,höht und dadurch ähnlich der Lösung nach Abb. 2 die mögliche Aussteuerleistung von Leistungstransistor Tral vergrößert. Parallel zur Wicklung WA des Hilfsstromwandlers Ue2 liegt ein spannungsabhängiger Widerstand R 3 und ein Kondensator CZ. Widerstand und Kondensator parallel zur Wicklung WA setzen die Amplitude des Rückschlagimpulses in der Sperrphase herab, verlängern aber gleichzeitig die Dauer dieses Impulses. Die Verwendung eines spannungsabhängigen Widerstandes hat dabei den Vorteil, daß die Amplitude des Rückschlages durch Wider-

7υ Standsänderung stärker herabgesetzt wird, also die

Claims (1)

5 6 Beanspruchung der Basisdiode verringert wird. Gleich- sind, daß das schwingungseröffnende Hilfszeitig ist beim Anschwingen die Dämpfung wegen des potential und die belastungsabhängige Steuerung dann hohen Widerstandes geringer. verstärkt auf den Transistor-Oszillator, (Tra 1) Bei. angestellten Versuchen haben sich folgende wirken. Werte bzw. Bauelemente als besonders vorteilhaft er- 5 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gewiesen: kennzeichnet, daß die dem Hilfstransistor (Tra 2) T a TF 80 entnehmbare Steuerleistung dadurch erhöht wird, a OC 76 daJß an seinen Kollektor mit Hilfe einer Zusatz- 30OuF wicklung (W6) des Spannungswandlers (UeI) in 20 Windungen 10 der Durchflußphase eme höhere Arbeitsspannung Wl 2400 Windungen angelegt wird, als der Spannung der Speisebatterie Wi '. '. '. '. '.::".'''' ·' '."."" "'.' 70 Windungen entspracht. W\ 200 Windungen , 3' An°rdnu^Q ™ch Anspruch 2, dadurch ge- 15 Windungen kennzeichnet, daß diese erhöhte Spannung in die ......... 10 Windungen 15 Emitterstrecke des Hilfstransistors eingeführt Wl 10 Windungen wnjd· ., , . ,hojoj Q 2 15 nF Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3, da- ^ γ kOhm durch gekennzeichnet, daß die Rückschlagimpulse π ο 25 kOhm des Hilfstransforpiators (Ue 2) hinsichtlich Form η3 VDR 20 und Amplitude durch Parallelschaltung eines £i Q Widerstandes bzw. spannungsabhängigen Widerstandes und/oder eines Kondensators zu einer Wicklung, vorzugsweise zur Wicklung im KoI- I ATENTANSPHttciiH: lektorkreis, so beeinflußt werden, daß dadurch die

1. Transistor-Gleichspannungswandler für hohes 25 Basis des Leistungstr.ansistors (Tral) in der

Spannungsübersetzungsverhältnis mit einem Lei- Sperrphase genügend lange gesperrt und gleich-

stungstransistor,, einem Spannungsübersetzenden zeitig die Spannungsbelastung der Basisdiode

Transformator, einem Gleichrichter und einem herabgesetzt wird.

Speicherkondensator, bei dem belastungsabhängig

eine Rückkopplung auf die Basis des Transistor- 30

Oszillators über rückkopplungsverstärkende Mit- In Betracht gezogene Druckschriften:

tel vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, Funktechnik, 1956, Nr. 4, S. 108 bis 110;

daß als rückkopplungsverstärkende Elemente ein Prpceedings of the Institution of Electr. Eng., 1955,

Hilfstransistor (Tra2) und ein Hilfstransformator November, S. 755 bis 786;

(Ue2) vorgesehen sind, welche zu einem schwin- 35 USA.-Patentschrift Nr. 2 748 274;

gungsfähigen Gebilde derart zusammengeschaltet britische Patentschrift Nr. 781 593.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 645/284 11. Γ9