DE1488381A1

DE1488381A1 - Anordnung zum Zuwandeln einer Gleichspannung in eine sinusfoermige Wechselspannung

Info

Publication number: DE1488381A1
Application number: DE19641488381
Authority: DE
Inventors: Kihlberg Gunnar Axel; Bernhard Bo Birger
Original assignee: Svenska Ackumulator Jungner AB
Current assignee: Svenska Ackumulator Jungner AB
Priority date: 1963-11-12
Filing date: 1964-11-12
Publication date: 1969-04-10
Also published as: GB1083867A; US3416062A

Description

SY1B8KA ACCUMULATOR AKTHBOLAGBT JUHGHlB, Stockholm

Anordnung zum Itawandeln einer Gleichspannung in eine sinusförmige Wechselspannung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln einer Gleichspannung in eine sinusförmige Wechselspannung alt zwei einpoligen Zweiwegeumschaltern, bei welcher Anordnung die festen Kontakte des einen Umschalters alt je einem der festen Kontakte des anderen Unschalters verbunden sind und die Gleichspannung den verbundenen Kontakten zugeführt und eine treppenförmige Wechselspannung zwischen den beiden beweglichen Kontakten abgenommen und dem Eingang eines auf den Grundton der Wechselspannung abgestimmten Bandpassfilters zugeführt wird, dessen Ausgang gleichzeitig Ausgang des Itawandlers ist. Die Anordnung ist dadurch sr9tcanv^t?i^m i chn**t ■ 4ftfi die Awfgangwspp immune des ttawandlers auch einem Gleichrichter mit nachfolgendem

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Glättfilter zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung dem einen von zwei Oszillatoren an sich bekannter Bauart zu» geführt wird, um eine der Speisespannung proportionale Oszillatorfrequenz zu erzeugen, und daß die Oszillatoren zur Steuerung der Umschalter dienen und der zweite Oszillator von einer Bezugsspannung gespeist wird.

Anordnungen für Ifawandlung einer Gleichspannung zu einer Wechselspannung sind schon bekannt, aber sie haben oft den Hachteil, daß entweder die Wirksamkeit und der harmonische Inhalt hoch sind, oder daß die Wirksamkeit und der harmonische Inhalt niedrig sind. Bei den schon bekannten stabilisierten ttmvandlern hat die Ausgangsspannung im Verhältnis zum gewünschten Wert einen Fehler, der sich theoretisch von Hull unterscheidet. Bei bekannten umwandlern,die eine hohe Wirksamkeit und einen

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nledrigen baraüschen Inhalt vereinigen, ist die Stabilisierung weniger gut; außerdem machen sie die Verwendung einer großen Anzahl von Komponenten erforderlich.

Bei der Anordnung der vorliegenden Erfindung sind eine große Wirksamkeit,ein niedriger harmonischer Inhalt und eine gute Stabilisierung vereinigt worden .Die Abweichung a»r AungangBffpflinmine vom gewünschten Wert ist theoretisch lull. Außerdem umfaßt die Anordnung eine mäßige Anzahl von Komponenten.

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DIe Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Pig. 1 zeigt die Zusammensetzung zweier Rechteckwellen zu einer treppenf umigen Spannung

Fig. 2 ist ein Schaltscheaa für die Anordnung von Transistoren zur Erzeugung einer treppenförmigen

Fig. 3 zeigt eine Alternative der Anordnung von Fig. 2

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Oszillator» für den ütanrandler nach der Erfindung

Fig. 5 zeigt einen Serienresonanzkreis, der zur Filterung der genannten treppenfönoigen Spannung verwendet wird

Fig. 6 zeigt eine AusfUhrungsform, bei welcher die Transistoranordnung geaäß Fig. 2 mit Über die Transistoren parallelgeschalteten Dioden ergänzt ist

Fig. 7 zeigt eine Ausftthrungsform, bei welcher die Transistoranordnung gemäß Fig. β mit Toren und Stromtransformatoren zun Steuern der Transistoren versehen ist

Fig. 8 zeigt einen der mit einem Überspannungsschutz versehenen Stromtransformatoren der Fig. 7

Fig. 9 zeigt zwei Oszillatoren mit Kreisen zur Phasendifferenzabgrenzung

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Fig. 10 ist ein Diagramm und zeigt die Spannungen auf den Basen und Kollektoren der Transistoren dieser Kreis©

Fig. 11 zeigt eine Blockzeichnung des ganzen umwandler s .

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer treppenförmigen Spannung aus zwei Rechteckgpanmmgen A und B. Die Umwandlung einer Gleichspannung in eine treppenförmige Spannung kann auf zwei verschiedene Weisen geschehen: Die eine Weise, die in der Anordnung gemäß Fig. 2 angewendet ist, bedeutet, daß vier in geeigneter Weise gesteuerte Transistoren 1-4 in einer Brackenschaltung den Gleichstrom durch die Primärwicklung 6 eines Transformators 5 steuern, wobei die Spannung über die Sekundärwicklung 7 des genannten Transformators dos Aussehen gemäß Fig. 1 C erhält. Die Transistoren 1 und 2 stellen einen einpoligen Zweiwegetransistorumschalterdax, der von einem Oszillator 8 gesteuert wird, und die Transistoren 3 und 4 stellen einen zweiten Transistorumschalter dar, der von einem Oszillator 9 gesteuert wird.

Während eines Arbeitszyklus der Anordnung, der in vier verschiedene Intervalle eingeteilt werden kann, tritt folgendes ein: Es wird vorausgesetzt, daß die Oszillatoren 6 und 9 während des ersten Intervalls sich in einer solchen Phasenlage befinden, daß die Transistoren 1 und 4 leitend und die Transistoren 2 und 3 abgeschaltet sind. Die Transistoren 1 und 2 sind nie gleichseitig leitend oder akge-

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schaltet. 01« Transistoren 3 und 4 sind auch nicht gleichzeitig leitend oder alpschaltet. Der Strom aus einer Batterie Io fließt durch den Transistor 4, die Transformator-Wicklung 6 und den Transistor 1, und die Spannung über der Transformatorvicklung 7 hat z.B. einen positiven Höchstwert. Ia nächsten Augedlick wechselt die Ausgangsspannung aus s.B. de* Oscillator 8 zur gegengesetzten Polarität, so daß der Transistor 1 abgeschaltet und der Transistor 2 leitend wird. Dies leitet das andere Intervall ein, in dem die Transistoren 1 und 3 abgeschaltet und die Transistoren 2 und 4 leitend werden. Ώτ Strom aus der Batterie wird dadurch ausgeschaltet, der Strom durch die Transformator-Wicklung 6 kann Jedoch fortfahren, durch die Transistoren 2 und 4 zu fließen. Hierdurch wird unter anderem verhindert, daß für die Transistoren schädliche Spannungsspitzen im Kreis entstehen. Die Spannung über die Wicklung 7 ist Jetzt Hull. Im nächsten Augenblick wechselt die Spannung aus dem Oszillator 9 zur entgegengesetzten Polarität, so daß der Transistor 3 leitend und der Transistor 4 abgeschaltet wird. Dieses Geschehen leitet das dritte Intervall ein, in dem die Transistoren 2 und 3 leitend und die Transistoren 1 und 4 abgeschaltet sind, weshalb der Strom durch denIraneistor 2, die Wicklung 6 und den Transistor 3 fließt, das heißt in entgegengesetzter Sichtung in der Wicklung 6 gegen die des ersten Intervalls. Die Spannung über die Wicklung 7 hat jetzt einen Höchstwert vom entgeezter Polarität der des ersten Intervalls.

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Danach wechselt die Ausg&ffigsspannung aus den Oszillator 8 ihr« Polarität und leitet das vierte Intemmll ein, wobei die Transistoren \ und 3 leitend und die Transistoren 2 und 4 abgeschaltet sind .Der Strom aus der Batterie Io ist dabei abgeschaltet* der Strom durch die Wicklung 6 kannjedoch fortfahren, durch die Transietoren 1 und 3 asu fließen. Wie aus der Arbeitsweise hervorgeht, werden die Transistoren periodisch vom Strom 3i? des: Blickrichtung durchflossen, was einem zienlxcl' schweren Aatrieb fordert, da die Stromverstärkung niedriger is umr üückrichtung ist.

Die andere leisa_f eine treppenförmigs Spannung für die Anordnung gem^iß Fig* 3 asu ^r; ewigen, ist, vier Transistoren bis 14 paarweise den Street ?%zrub Ulm Prinärwicklungec 1 ~ d und 2Ο-21 von zm% Transfonsatoren 15 und 16 steuern, wobei die Sekundärwicklungen 19 und 22 der genannten Transformatoren in Heihe geschaltet sind. Die remitierende Spannung hat das Aussehen getiaäß Fig. 1 C. Auch hier kann ein Arbeitszyklus in vier Intervalle eingeteilt werden, während welcher das folgende eintritt:

Ss wird vorausgesetzt, daß die Transistoren 11 und leitend und die Transistoren 12 und 14 während des ersten Intervalls abgeschaltet sind. Der Strom aus der Batterie fließt dann teils durch den Transistor 11 und die Primärwicklung 17 des Transformators 15 und teils durch den Transistor 13 und die Primärwicklung 2o des Transformators 16.

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Die Spannrngen über die Sekundärwicklungen l^r- und 22 dee» Transformators haben dabei die gleiche Größe und dieselbe Polarität, weshalb die Ausgangsspaiinung, die die Sun&Q der Spannungen an den Sekundärwicklungen 19 und 22 ist, ein z.B. positives Maximum bat. Jetzt wechselt z.B. der Oszillator 13 die Polarität, wobei der Transistor 11 abgeschaltet und der Transistor 12 leitend wird, wodurch das zweite Intervall eingeleitet wird. Der Strom aus der Batterie 23 fließt dann teils durch den Transistor 12 und die Wicklung 18 und teils durch den Transistor 13 und die Wicklung 2o. Die Spannung an der Wicklung 19 hat Jetzt einen Höchstwert entgegengesetzter Polarität von der des ersten Intervalls und von der Spannung an der Wicklung 22. Dabei wird die Auegangespannung Null. Wenn .icts:t die Belastung so groß ist, daß der Stroa weiter durch die Sekundärwicklung in derselben Richtung fließt, ist dies ohne Spannungssteigerung möglich, weil der Stroa in de« aus den Wicklungen 2ound 18 und den Transistoren 12 und 13 gebildeten kreis zirkulieren kann, da die Transistoren 12 und leitend sind. Einer der Transietoren wird da in seiner Bückrichtung vom Strom durchflössen.

Wenn der Oszillator 14 seine Polarität wechselt, wird das dritte Intervall eingeleitet, währenddessen die Transistoren 12 und 14 leitend und die Transistoren 11 und 13 abgeschaltet sind. Die Ausgangsspannung bekommt dabei

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einen Höchstwert gegengesetzter Polarität vom der des ersten Intervalle. Danach wechselt der Oszillator 13 die Polarität und das vierte Intervall wird eingeleitet,währenddessen die Transistoren 11 und 14 leitend und die Transistoren 12 und 13 abgeschaltet sind. Wenn die Belastung so groß ist, daß der Strom in derselben Richtung wie während des zweiten Intervalls weiterfließt» stellen die Wicklungen 17 und 21 und die Traneistoren und 14 einen Weg für den zirkulierenden Stroa dar. Einer der Transistoren wird dabei vom Strom in seiner Blickrichtung durchflossen.

Für die beiden obenbeschriebenen Aubführung«beispiele der Anordnung zur Ausbildung der treppenförmigen Spannung gilt, daß Energie zur Batterie zurückgespeist und zwei der Transistoren immer in ihrer Hückrichtung von Strom durchflossen werden, wenn die Belastung so groß ist, daß der Strom seinen Hullwert hat und sich die Ausgangsspannung vom Hullwert unterscheidet.

In beiden Fällen werden die Transistoren paarweise von Je einem zweier ähnlicher Oszillatoren bekannter Bauart gemäß Fig. 4 gesteuert, sie werden hler Jedoch von einem gleichgerichteten und gefilterten Strom gespeist und zwar einer von einer Bezugsspannung und der andere von der AwTgnftgffffjppwffiwngt

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Di· Form der treppenföruigen Ausgangsspannung, ihr quadratischer Mittelwert und ihr harmonischer Inhalt ist von der Phasendifferenz zwischen den Oszillatoren abhängig. Durch Variation der Größe t (siehe Fig. 1 C) kann man Jede der harmonischen Teilschwingungen zum Verschwinden bringen, denn der n-te Too wird eliminiert, wenn f · |, wobei T die Periode der treppenförmigen Spannung ist. Bei konstanter Belastung und Batteriespannung kann man den Umwandler derartig dimensionieren, daß die Ausgangsspannung •inen gewunechten quadratischen Mittelwert erhält, wenn Γ- g. Dabei verschwindetpiie dritte harmonische Teilschwingung, wodurch die Filterung vereinfacht wird. Bei stark variierender Belastung und Batteriespannung kann man die Ausgangsspannung durch Steuern des ^ - Wertes regeln, d.h. durch Steuern der gegenseitigen Phasendifferenz «V Oszillatoren.

Die Filterung wird mittels eines Serlenresoaanskrelses »it KIn- und Ausgängen gemäß Fig. 5 bewirkt. Der Kreis ist auf den Grundton der treppenformigen Spannung abgestimmt. Dadurch wurde die Ausgangsimpedanz sehr hoch werden, falls keine ftüekkupplung vorgesehen war·. Bin· alternative Schaltung kann auegeführt werden mit der lAduktans la Bein· mit der Primärwicklung 36 des in FIg ·' 7 gezeigten Ausgangstransfoarmators der Transistoranordnung.

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Der eine Oszillator wird von einer stabilisierten Bezugsspannung und der andere von der Ausgangsspannung betrieben, die in geeigneter Welse gleichgerichtet und gefiltert ist. Die Transformatoren der Oszillatoren haben Magnetkerne, deren iiagnetisierungskurve einen ausgeprägten Knick aufweist, wenn die Arbeitsweise derartig ist, daß die Transformatoren immer im Sättigungszustand betrieben werden, wird die Oszillatorfrequenz mit guter Halterung proportional zur Speisespannung. Dieses Verhalten 1st bekannt. Bei der erfindungsgenauen Anordnung wird diese Eigenschaft dazu ausgenutzt, eine Integration in dem geschlossenen Kreis durchzuführen, wodurch statische Fehler in der Größe der Ausgangsspannung theoretisch eliminiert werden. Gemäß obigen Ausführungen steuert die Phasendifferenz zwischen den Oszillatoren die Größe der Ausgangsspannung_f die Größe der Ausgangespannung steuert Jedoch ihrerseits die Frequenz des einen Oszillators, so daß der geschlossene Kreis eine reine Integration erhält.

Der abgestimmte Kreis, der ein Bandpassfilter für die Wechselspannung darstellt, wird für die Größe der Wechselspannung - als Signal in dem geschlossenen Kreis betrachtet - als eine einfache Verzögerung oder als ein Filter für niedrige Frequenzen wirken. Dies geht am einfachsten daraus benrar, daß der geschlossene Kreis als ein Trägerfrequenzsystem betrachtet werden kai», is dem

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die Wechselspannung die Träger freqnenr.spanniing und ihre Amplitude das Signal ist.

Eine Verminderung der Leietungererluste in den Transistoren und ein herabesetzter Anspruch auf den Bastetrom bei einer Stromf lußrichtung in der Blickrichtung durch diese Transistoren «erden dadurch erreicht, daft man parallel an jeden Transistor zwischen Knitter und Kollektor eine Diode schaltet, die in derselben Sichtung wie die Kollektor-Basisdlode desIransistors gerichtet ist. Diese Anordnung ist In Fig. β dargestellt. Dabei kann der Transistor sogar während der Intervalle abgeschaltet gehalten «erden, in denen Strom in der Backrichtung fließt, so daß dieser ganze Strom durch die Diode fließt.

FOr die Steuerung der Transistoren ist ein spezielles System verwendet worden, das sich erheblich von dem einfachen Fall scheidet, in dem diese direkt von je seinem Oszillator gesteuert werden. Ks ist charakteristisch für das Steuersystem, daft der Strom durch die Primärwicklung 36 des Ausgangstransformmtors 35 gemäß Fig. 7 durch die Primärwicklungen und 46 von zwei Stromtransformatoren 4o und 44 durchgeleitet wird, und daß der Strom durch die Sekundärwicklungen 4I₉ 43, 45 und 47 derselben dafür benutzt wird, die Transistoren 31-34 aber Tore zu steuern, die von den Transistoren 52-55 gebildet sind, welche ihrerseits von den Oszillatoren aber die Widerstände βο-63 gesteuert «erden. An denselben Poles eier Sekundärwicklungen 65-68 der Oszlllatortransforsatoren, an

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welchen die Impedanzen 6o-63 geschaltet sind, sind auch Dioden 56-59 geschaltet. Ihre Kathoden sind sit den Basen der Transistoren 31-34 verbunden. Die entgegengesetzten Pole der Sekundärwicklungen der Oezillatortransformatoren sind an die zugehörigen Emitter der Traneistoren geschaltet. Der eine Pol je einer der Sekundärwicklungen 41, 43, 45 und 47 der Stromtraiisformatoren4o und 44 ist gleichfalls an den zugehörigen Emitter geschaltet. Die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren sind auch hier so angeordnet, daß, wenn die Wicklungen 41 und 47

daß Strtioe in einer solchen Sichtung fuhren,/die Transistoren 31 und 34 leitfähig «erden, die Wicklungen 43 und 46 Abschaltspanmingen an die Transistoren 32 und 33 geben und

Die stromtransformatoren haben außerdem eine Einrichtung zur ffsgy^nijflyfmr der ffffkmwmitf ttw βιτιτττ'ε^ιι , *m zu verhindern, daft diese bei hohen Belastung« Impedanzen der Sekundärwicklung zu hoch werden. Diese Einrichtung, die nicht in Fig. 7 eingezeichnet ist, ist in Fig. 8 dargestellt. Fig· 8 zeigt den Stroatraasformator 14 von Flg. 7. Dieser besteht aus einer zusätzlichen Sekundärwicklung 70, an welder zwei parallelgeschaltete gegengerichtete Dioden 71 und 72 liegen. Wenn die Spannung Ober diese Wicklung die Knickspanmmg der Dioden erreicht bat, werden diese leitfähig und verhindern dadurch eine weitere Spannungseteigerung

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Da* Transformatorverhältnia ist derartig anrlhlt, daß die Spannungen an den Sekundärwicklungen 4L und 43 so groß «erden, daß «le die Translatoren 31 und 32 in Fig. 7 betreiben können. I« abgeschalteten Zustand bekoenen diese Translatoren eine verhältnismäßig none Impedanz anriechen Baals und Baitter, so daß die beschriebene Spannungsbegrenanuigseiarichtung sau funktionieren anfangt.

Durch d*s verwendete Steuersystem «erden viele Tor» teile erreicht. Öle Transistoren 31 und 34 bekoenen einen Antrieb, der proportional den aus de» Umwandler entnoaaenen Strom ist, weshalb die Antriebrerluste in diesen nicht größer werden ,als alt Buckslcht auf den ausgenoaaenen Stroa verlangt wird. Der Wirkungsgrad wird auch dadurch verbessert· Is wird verhindert, daß eine Situation entsteht, In der zwei Transistoren» z.B. 31 und 32 in Fig. 7, wahrend eines kurzen Augenblicks gleichseitig leitend sind. Dies kann bei herlr Basil ichen Steuerungen vorkommen, weil während der Umschaltung der Transistor 31 vor den Abschalten des Transistors 33 leitend werden kann, wodurch eine kräftige Stromspitze gebildet und eine Erwärmung oder Zerstörung des Transistors bewirkt wird. Die Transistoren können weiter abgeschaltet gehalten werden, wenn der Stroa rückwärts fließen will, so daß der garne Stroa gezwungen wird, durch die alt den Transistoren parallelgeschalteten Dioden 48-91 asu fließen, woduxh eine w von den transistoren vermieden wird. Endlich wird die Belastung auf die Oszillatoren erheblich vermindert.

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Ein vier Intervalle enthaltender Arbeitszyklus spielt sich in folgender Reihenfolge ab:

Ss wird angenommen, daß di« Transistoren 31 und 34 leitend und die Transistoren 32 und 34 abgeschaltet sind«, In den Selmn&fcrwlciaungen 65 und 67 der Oszlllatortransforuatoren 64 imd 69 in den Oszillatoren 33 und 39 werden während des ersten Intervalls Spannungen ei- ner solchen Bichtung erzeugt, daß die Pole der Wicklung, die an dem Widerstand 6© und an der Diode 56 bzw. an dem Widerstand 63 und an der Diode 59 liegen, negativ werden. Hierdurch werden die Transistoren 52 und 55 leitend. Der Antriebstrommel Transistor 52 fließt durch die Wicklung 6$ die Basls-Smltterstareniseii 4»? Transistoren 31 und S3 und den Widerstand 60« Der Antriebst rom zum Transistor fließt durch die Wicklung 63, die Basis-Emitterstrecken der Transistoren 34 und 55 und den Widerstand 63,

Wenn jetzt der Strom durch die PriBärwicklungen und 46 der Stromtransformatoren 4o und 44 eine solche Riehtung hat, daß die Transistoren 31 und 34 vom Strom in normaler Richtung durchflössen sind, werden die Ströme in den Sekundärwicklungen 41 und 47 der Stromtransformatoren solche Richtungen erhalten, daß sie die Transistoren 31 und leitend WLten. Die Antriebsströme zu diesen fließen dann durch die Wicklung 41, die Kmitter-Basisstrecke des Transistors 31 und die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors

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52 bzw. die Wicklung 47, die Emitter-Basisstrecke des Transistors 34 und «tie Eaitter-Kcllektorstrecke des Transistors 55.

Wwui statt dessen der Stire» durch die Primärwicklungen der Stromtransformatoren eine solche Richtung hat, daß die Transistoren 31 und 34 in der aüekrichtung durchflossen sind, wetten die Strome durch die Sekundärwicklungen 41 und 47 der Stromtransformatoren eine solche Bichtung erhalten, daß sie die Transistoren 31 und 34 abschalten, wobei die diesen Transistoren parallelgeschalteten Dioden 48 und 51 den Strom übernehmen, so daß er immer noch durch die Primärvicklungen der Stromtransformatoren fließen kann und dadurch einerseits Energie zurück an die Batterie 3o speist» andererseits die Abschaltung der Transistoren 31 und 34 aufrecht erhält. Die Transistoren 52 uad 55 werden anschließend in der Ruckrichtung το· Strom durchflossen, jedoch nur won einem sehr schwachen Strom, der dazu dient, die Transistoren 31 und 34 abgeschaltet zu halten, nichtsdestoweniger ist die Fütterung nach dem Basisantriebestrom für die Transistoren 52 und 55 vernünftig. Die Transistoren 31-34 werden folglich sowohl won den Oszillatoren als won dem Strom durch die Transistoren in einer solchen Veise gesteuert, daß das Abschalten gegenüber dem Antrieb immer die Oberhand behält.

Is wird angenommen, daß die Spannungen an den Wicklungen 65-68 ihre Polarität aufgrund der Funktion dee Oscillators

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38 wechseln. Damit wird dme zweit· Intervall eingeleitet. Der Transistor 52 wird Jetzt über den Widerstand 6o abgeschaltet, der die Basis des genannten Transistors alt de» positiven Pol der Wicklung 65 verbindet. Dieser Pol wird außerdem über die Diode 56 direkt alt der Basis des Tran*» sistors 31 verbunden, so daß dieser Transistor sicher angeschaltet wird. Die Spannung an der Wicklung 65 ist so groß, daß sowohl der Transistor 31 als der Transistor 52 abgeschaltet werden, unabhängig davon, welche Polarität die Spannung an der Sekundärwicklung 41 des Stromtransformators 4o zufällig hat«, d.h. unabhängig davon, welche Sichtung der Strom durch die Transformatoren während dieses Intervalls hat. Der Transistor 53 wird dadurch leitend, daß seine Basis über den Widerstand 61 Bit dem Pol der Wicklung 56 verbunden ist, der während dieses Intervalls negativ ist. Abhängig von der Stroarlchtung durch die Transformatoren wird Jetzt der Transistor 32 leitend oder abgeschaltet.

Wenn nan annimmt, daß der Strom durch die Transformatoren von Fig. 7 während des zweiten Intervalls eine solche Sichtung hat, daß der Transistor 32 leitend wird, d.h. eine entgegengesetzte Sichtung von der des ersten Intervalle, wird der Strom durch den Transistor 32, die Primärwicklungen 42, 36 und 46 der Transformatoren 4o, 35 und 44 und die Diode 51 sirkulieren, da der Transistor 34 aufgrund der Stromrichtung durch den Stromtransformator abgeschaltet ist. Wenn

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dagegen der Strom dieselbe Richtung wie während des ersten Intervalls behält, wird der Transistor 32 abgeschaltet bleiben, während der Transistor 34 leitend bleibt, weshalb der Strom durch die Diode 49, den Transistor 34 und die Primärwicklungen 46, 36 und 42 der Transformatoren 44, 35 und 4o zirkuliert.

Wenn der Oscillator 39 die Polarität wechselt, wird das dritte Intervall eingeleitet. Wenn jetzt der aroe durch die Pri»ärwlcklungen der Transformatorea eine solche Sichtung hat, daß der Strom durch die Sekundärwicklungen 45 und 43 der Transformatoren 44 und 4o fließt, werden die Transistoren 32 und 33 leitend und der Strom durch die Primärwicklungen 42, 36 und 46 der Transformatoren fließt durch die Transistoren 33 und 32« Wenn der Strom seine Sichtung während dieses Intervalls wechselt, werden die Transistoren 32 und 33 abgeschalet, wodurch der Strom den Weg durch die Diode 5o, die Transformatorwicklungen 46, 36 und 42 und die Diode 49 nimmt. Hierbei wird Energie zur Batterie zurückgespeist.

Wenn der Oezillator 38 die Polarität wieder wechselt, wird das vierte Intervall eingeleitet, das sich dadurch auszeichnet, daß der Strom bei normaler Stromrichtung die Diode 48, die Wicklungen 42, 36 und 46 und den Transistor 33 durchfließt. Der Transistor 31 wird dabei durch die ranktlon des Stromtransforaators 4o abgeschaltet gehalten, während die Transistoren 32 und 34 von den Oszillatoren selbst abgeschaltet gehalten werden. Wenn der Strom eine entgegengesetste

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Richtung während dieses Intervalls hat, wird der Transistor 33 abgeschaltet und der. Transistor 31 leitend, wodurch der Strom durch die Diode So, die Wicklungen 46, 36 und 42 und den Transistor 31 χ ließen kann.

Wie schon erwähnt, bewerkstelligt die geschlossene Schleife des Gmwandlers eine reine Integration bezüglich der automatischen Backkopplungssteuerung. Bot starke Störungen, z.B. schnelle Belastungs&nderungen zu verhindern, die zu Selbstschwingungen führten, ouß man den Bereich abgrenzen, innerhalb dem das integrierte Signal variieren darf. Dies ist aus der automatischen Rückkopplungssteuertechnik bekannt«

In dem umwandler stellt das Signal die Größe der Ausgangsspannung dar. Wenn die Größe der Ausgangsspannung die Frequenz des einen Oszillators bestimmt, stellt die Phasendifferenz zwischen den Oszillatoren das Integral des Signals dar. Durch Abgrenzen des Variationsbereiches der Phasendifferenz zwischen den Oszillatoren läßt sieh der l&nrandler auch gegenüber stärkeren Störungen stabilisieren. Hier soll beschrieben werden, wie diese Abgrenzung in einem Fall gemacht wurde, in dem die Grenzen 0 und 180° gewählt wurden. In Fig. 9 sind die Oszillatoren mit den zusätzlichen Kreisen gezeigt, welche die Phasendifferenz bewirken. Fig. Io zeigt die Spannungen der Basen und Kollektoren der Transistoren 77-80 als Funktionen der Zeit«

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DIe Euren 77 C - 80 C in Fig· Io zeigen die Spannungen an den Kollektoren dsr Transistoren 77-8o<tor Schaltung von Fig. und die Kurven 77 B - 80 B in Fig, Io zeigen die Spannungen an den Basen der Transistoren 77-8o von Fig. 9,

Die Kollektorspannungen werden mit Hilfe der Kondensatoren 81-84 differenziiert, wobei die Veränderungen der Kollektrospannungen Stromstöße auf 4er Basis desjenigen Transistors erzeugen, an dessen Basis die genannte Kollektorspannung aber Widerstände und Kondensatoren angeschlos«· sen ist. Die Kondensatoren 81-84 bestimmen im wesentlichen die Breite der Stromspitzen, wahrend deren Höhe im wesentlichen durch die Widerstünde 85-88 bestimmt wird. Die Werte der genannten Kondensatoren und Widerstände werden derart bemessen, daß eine sichere JFunktion erhalten bleibfyind starke Stromstöße vermieden werden, die eine Beschädigung der Transistoren verursachen würden.

Solange die Phasendifferenz zwischen den Oszillatoren innerhalb des zulässigen Bejatchs liegt, wird jede positive Stromspitze, d.h. °Abschaltimpuls**, auf die Basis eines Transistors geleitet, wenn die Basisspannung positiv ist, während jede negative Stromspitze, d.h. "Leitimpuls", eintrifft, wenn die Basisspannung negativ ist. Dies bedeutet, daß die Stromspitzen keine Wirkung haben, da die Abschaltimpulse eintreffen, wenn der zugehörige Transistor schon abgeschaltet ist, und die Leitiapulse erst dann, wenn er schon leitend 1st. Sollte sich dagegen die Phasendifferenz zwischen

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den Ossiilatoren so stark ändern, daß ein bestimmter Transistor dazu neigt, immerfort z.B. leitend zu sein, wann ein Abschält impuls eintrifft, wird die Änderung in den abgeschalteten Zustand immer spätestens dann gesehenen, wenn der Abschaltimpuls eintrifft. In entsprechender Weis· geschieht imrner die Änderung in den leitenden Zustand spätestens dan) wenn ein Leitimpuls eintrifft. In diee«r Weise wird sich die Phasendifferenz zwischen den Oszillatoren in dem in Fig. Θ und Io gezeigten Beispiel einschließlich der Grenze immer zwischen O und 180° halten.

In Fig. 11 ist ein vollständiger Umwandler in Form eines Blockschaltbildes gezeigt. Der Block 91 enthält dabei die Schaltung gemäß Fig· 7, ergänzt durch die Spannungsbegrenzungseinrichtung gemäß Fig. 8, Jedoch ohne die Transformatoren 65 und 69 von Fig. 7, welche den Oszillatoren 38 ■ und 39 gehören. Die Bezugsziffern 92 und 93 beziehen sich auf Gleichrichter und Filter, 94 und 95 auf die Eingangspole des tfawandlers und QQ und 97 auf die Ausgangspole, aber welche die sinusförmige Wechselspannung abgenommen wird«

Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung sind durchgehend PKP-3tansistoren zugrundegelegt worden. Selbstveständlich kann die Anordnung auch mit NPN-Transistoren bestückt werden, wobei gleichzeitig die Ourd: laßrlchtung der Dioden und die Polaritäten der Spannungsquellf gewechselt werden müssen.

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Claims

f «* σ σ 3 8 1 -21- Patentansprüche . ■

1.. ' Anordnung zum Oawandeln einer Gleichspannung in eine sinusförmige Wechselspannung mit zwei einpoligen Zweiwegeuttschaltern, bei welcher Anordnung die festen Kontakte des einen Umschalters mit je einem der festen Kontakte des anderen Umschalters verbunden sind und die Gleichspannung den verbundenen Kontakten zugeführt und eine treppenförmige Wechselspannung zwischen den beiden beweglichen Kontakten abgenommen und des Eingang eines auf den Grundton der Wechselspannung abgestimmten Bandpassfilters zugeführt wird, dessen Ausgang gleichzeitig Ausgang des Ibnrandlers ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Uowandlers auch einen Gleichrichter alt nachfolgenden Glättfilter zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung dem einen von zwei Oszillatoren an eich bekannter Bauart zugeführt wird, um eine der Speisespannung proportionale Oezillatorfreqoenz zu er» zeugen, und daß die Oszillatoren zur Steuerung der !fetschalter dienen und der zweite Oszillator von einer Bezugsspannung gespeiet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ttnschalter aus je zwei untereinander in bekannter Weis« verbundenen Transistoren bestehen, die von eine» dem

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Bcfcstungsstrom proportionalen Strom gesteuert «erden, und daß dieser Steuerstrom durch von den Oszillatoren gesteuerte Tore geleitet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Oszillatoren eine Schaltung vorgesehen ist, die die Phasendifferenz zwischen den Auegangsspannungen der Oszillatoren zwischen zwei bestirnten Werten begrenzt.

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