DE1804429B2

DE1804429B2 - Gleichstromübertrager mit variablem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE1804429B2
Application number: DE1804429A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Boehringer
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1968-10-22
Filing date: 1968-10-22
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE1804429C3; FR2021268A1; JPS492687B1; GB1267242A; DE1804429A1; CH489138A; US3569817A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromübertrager mit variablem Übersetzungsverhältnis, bestehend aus einer in die eine Verbindungsksitung zwisehen Stromquelle und Verbraucher eingefügten Drossel, einer ihr nachgeschalteten Diode sowie einem zwischen Drossel und Diode die beiden Verbindungsleitungen überbrückenden und den Stromfluß der Drossel steuernden, periodisch arbeitenden 4« elektronischen Schalter, an dessen Steuerelektrode ein von einer Sekundärwicklung der Drossel gespeister Rückkopplungs-Steuerkreis und außerdem ein einen periodisch arbeitenden zweiten elektronischen Schalter enthaltender Hilfskreis angeschlossen ist, derart, daß durch das Einschalten des zweiten Schalters innerhalb der Durchlaßphase des ersten Schalters der erste Schalter jedesmal ein Ausschaltsignal erhält, welches die Sperrphase des ersten Schalters einleitet. Solche Übertrager sind z. B. dann erforderlich, wenn eine veränderliche und während des Betriebes Schwankungen unterworfene Generator-Gleichspannung an eine konstante Verbraucherspannung anzupassen ist.

Ein solcher Gleichstromübertrager ist bekannt (Electronics, Heft vom 1. 6.1964, S. 79/80). Er weist zwei Transistoren auf, die in Parallelschaltung als periodisch arbeitende elektronische Schalter die beiden Verbindungsleitungen von der Stromquelle zum Verbraucher überbrücken. Beide Transistoren werden aus einem Rückkopplungs-Steuerkreis gesteuert, der von einer Sekundärwicklung der Drossel gespeist wird. Befinden sich die beiden Transistoren in leitendem Zustand, so steigt der Strom in der Drossel an, bis die Transistoren in die Sättigung kommen. Mit der Sättigung wird der Stromanstieg in der Drossel beendet und die Sperrung der Transistoren eingeleitet. An die Steuerelektroden der Transistoren ist außer dem Steuerkreis noch ein Hilfskreis angeschlossen, der einen weiteren elektronischen Schalter, und zwar einen Thyristor, enthält. Dieser Schalter im Hilfsstromkreis wird bei Überschreiten eines Schwellwertes der Ausgangsspannung leitend und schließt die beiden Transistoren des erstgenannten Schalters kurz, so daß diese, in diesem Falle vor Erreichen ihrer Sättigung, gesperrt werden.

Ausgehend von dem bekannten Gleichstromübertrager liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Abschaltevorgang des ersten elektronischen Schalters zu verkürzen, um eine höhere Arbeitsfrequenz und damit ein geringeres Gewicht der Drossel und der Giättungseinrichtungen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hilfskreis eine weitere, gegenüber der Sekundärwicklung des Steuerkreises entgegengesetzt gepolte Sekundärwicklung der Drossel in Reihe mit dem zweiten Schalter enthält. Bei dieser Anordnung wird der periodisch arbeitende elektronische erste Schalter durch die Gegenspannung in der zweiten Sekundärwicklung der Drossel sehr rasch gesperrt, wodurch eine höhere Arbeitsfrequenz erreichbar ist, die bei paktisch erprobten Gleichstromübertragern z.B. bei 2OkHz liegen kann. Damit wird ein geringeres Gewicht der Drossel und der Giättungseinrichtungen möglich, was sich als ganz besonders wichtig beim Einsatz solcher Gleichstromübertrager in Satelliten erweist, wo die Gewichtsprobleme eine sehr bedeutende Rolle spielen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der zweite Schalter bidirektional ausgebildet und zusätzlich in der Sperrphase des ersten Schalters zur Einleitung der Durchlaßphase des ersten Schalters periodisch einschaltbar. Dadurch sind die Ein- und Ausschaltzeitpunkte für den ersten Schalter in weiten Grenzen willkürlich einstellbar und somit die Ausgangsspannung des Gleichstromübertragers in einem weiten Bereich etwa im Verhältnis 1:10 bis 1: 20 regelbar. Eine derartige Anpassung der Ausgangsspannung ist wiederum bei Satelliten von großer Bedeutung, wenn etwa die von Solarzellen gelieferte Primärspannung je nach der augenblicklichen Lage und dem Abstand des Satelliten von der Sonne starken Schwankungen unterworfen ist.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

F i g. 1 zeigt die Schaltung eines Gleichstromübertragers;

F i g. 2 zeigt den Stromverlauf in der Drossel dieses Übertragers, und

Fig. 3 zeigt den Stromverlauf für die Verbraucherleitung.

In der F i g. 1 sind nur die für das Wesen der Erfindung wichtigen Teile enthalten. Die an die Generatorseite bzw. Stromquelle A und an die Verbracherseite V angeschlossenen Elemente sind nicht dargestellt und spielen für die Wirkungsweise der Erfindung keine Rolle. Der Gleichstromübertrager besteht im wesentlichen aus einer Drossel D, die in die von der Stromquelle A zum Verbraucher V führende Leitung in Längsrichtung eingeschaltet ist. Ihr folgt in Richtung zum Verbraucher eine Diode G. Zwi-

3 4

sehen Drossel und Diode ist ein periodisch arbei- Steuerkreis S und den Hilfskreis H wird zu Null. Der

tender elektronischer Schalter, der Transistor T, an- Strom durch die Drossel D nimmt ab. Wird nun z. B.

geschlossen, welcher die beiden Adern der Verbin- nach der Zeit Γ 2 im Hilfskreis H der antiparallele

dungsleitung zwischen Stromquelle und Verbraucher Thyristor H 2 des zweiten Schalters durch einen

überbrückt 5 Steuerimpuls gezündet, so fließt über diesen die

Der Schalter T erhält seine Sieuerspannung durch zweite Sekundärwicklung D 2 und den Widerstand einen Steuerkreis S von einer ersten Sekundärwick- Rl ein Strom, der den ersten Schalter Γ wieder leilung Dl der Drossel D über einen Widerstand R1. tend macht. Damit kehrt sich das Vorzeichen der Zusätzlich ist noch ein HilfslueisH vorgesehen, der Spannung an der Primärwicklung der Drossel D und ebenfalls an die Steuerelektrode des Schalters T an- >» entsprechend auch in den Sekundärwicklungen Dl geschlossen ist. Dieser Hilfskreis erhält seine Energie und Dl wieder um. Die erste Sekundärwicklung D1 von einer zweiten Sekundärwicklung Dl der im Steuerkreis S übernimmt die Versorgung des ersten Drossel D. Der Hilfskreis enthält außerdem noch Schalters T mit Basisstrom. Der Strom durch die einen Wider&tand Rl und einen bidirektionalen zweite SekundärwicklungD2 wird unterbrochen, da Schalter. Dieser bidirektionale Schalter ist hier durch 15 im Hilfskreis H der ThyristorHl des zweiten Schaldie Antiparallel-Schaltung der beiden Thyristoren Hl ters gesperrt ist und beim Thyristor H 2 des zweiten und H 2 dargestellt. Schalters der Ventil-Effekt zur Geltung kommt. Es

Die Wirkungsweise der Erfindung sei im folgenden sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Par-

näher erläutert. Es sei davon ausgegangen, daß der allel-Schaltung, gebildet aus den Thyristoren Hl und

Schalter T gerade in leitendem Zustand ist. Dann liegt »o Hl, durch ein bidirektional steuerbares Element,

an der Primärwicklung der Drossel D die gesamte z. B. einen Triac bzw. Quadrac, ersetzt werden kann.

Spannung i/. Entsprechend tritt an ihrer ersten Sekun- In der Fig. 2 ist der Stromverlauf I₀ in der

därwicklungDl eine Spannung auf, die einen Strom Drossel D dargestellt. Es ist außerdem die Ampli-

hervorruft, der durch den Widerstand Al und die tude der Stromschwankungen mit Ji₀ bezeichnet I,,

Basis-Emitter-Kennlinie des Schalters T bestimmt a₅ ist der Mittelwert des Stromes in der Drossel D. Mit

wird. Dieser Basis-Strom hält den Schalter leitend. Tl und Tl sind die beiden Zeitabschnitte bezeich-

Wird nun der zweite Schalter, d.h. der ThyristorHl, net, ia denen der erste Schalter Γ leitend bzw. ge-

durch einen Einschalt-Impuls leitend gemacht, so sperrt ist.

wird für die an der zweiten SekundärwicklungD2 In der Fig. 3 ist der Verbraucherstromi_v darge-

liegende Spannung ebenfalls ein Kreis frei, aämlich 30 stellt, der während der Sperrzeiten Tl des ersten

der Hilfskreis H. Dieser Hilfskreis umfaßt den Schalters T von der Drossel D zum Verbraucher V

zweiten Schalter Hl, den Widerstand R1 und — par- kommt.

allel geschaltet — den Steuerkreis S und die Basis- Interessant ist der Fall, daß die Amplitude der Emitter-Strecke des ersten Schalters?. Die Win- Schwankungen des Drosselstromes den doppeltenBedungszahl der zweiten Sekundärwicklung D 2 und der 35 _{t d} Strommittelwertes erreicht, also ^- = 2 Widerstand R 2 sind so gewählt, daß mit dem Ein- ⁶ . '^D .
schalten des zweiten Schalters Hl der Einfluß des wird. In diesem Falle braucht der Hilfskreis H keinen HilfskreisesH, der dem Steuerkreis 5 entgegenwirkt, besonderen Einschaltimpuls für den ersten elektroan der Basis-Emitter-Strecke des ersten Schalters Γ nischen Schalter Γ zu liefern, sondern das Wiederüberwiegt. Der erste Schalter beginnt daher abzu- 40 einschalten dieses Schalters erfolgt selbsttätig. Das schalten. Daraufhin tritt über die erste Sekundär- Übersetzungsverhältnis wird in diesem Fall lediglich wicklung Dl ein Mitkopplungs-Effekt beim Ab- durch die zeitliche Folge der Ausschaltbefehle geschalten auf. Der erste Schalter T sperrt in kürzester steuert.
Zeit völlig. In diesem Falle braucht der zweite Schalter im

Nun fließt der Drosselstrom über die Diode D zum 45 Hilfskreis H nicht mehr bidirektional ausgebildet zu

Verbraucher V. An der Primärwicklung der Drossel D sein, sondern kann z. B. lediglich mit dem Thyristor

liegt jetzt öle Spannung V-E, die auf Grund von Hl oder z.B. auch mit einem Transistor ausgerüsf*

E> U negativ ist Damit kehren sich auch die Vor- werden. Die Schaltung wird in diesem Fall besonders zeichen der an den Sekundärwicklungen D1 und D 2 einfach, zuverlässig und leicht, weil die Drossel optiliegenden Spannungen um. Der Strom durch den 50 mal ausgenutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleichstromübertrager mit variablem Übersetzungsverhältnis, bestehend aus einer in die eine Verbindungsleitung zwischen Stromquelle und Verbraucher eingefügten Drossel, einer ihr nachgeschalteten Diode sowie einem zwischen Drossel und Diode die beiden Verbindungsleitungen überbrückenden und den Stromfluß der Drossel steu- to ernden, periodisch arbeitenden elektronischen Schalter, an dessen Steuerelektrode ein von einer Sekundärwicklung der Drossel gespeister RückkoppIungs-Steuerkreis und außerdem ein einen periodisch arbeitenden zweiten elektronischen Schalter enthaltender Hilfskreis angeschlossen ist, derart, daß durch das Einschalten des zweiten Schalters innerhalb der Durchlaßphase des ersten Schalters der erste Schalter jedesmal ein Ausschaltsignal erhält, welches die Sperrphase des ersten Schalters einleitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskreis (H) eine weitere, gegenüber der Sekundärwicklung (Dl) des Steuerkreises (S) entgegengesetzt gepolte Sekundärwicklung (D 2) der Drossel (D) in Reihe mit as dem zweiten Schalter (Hl) enthält.

2. üleichstroniübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (Hl, Hl) bidirektional ausgebildet und zusätzlich in der Sperrphase des ersten Schalters (T) zur Einleitung der Durchlaßphase des ersten Schalters (T) periodisch einschaltbar ist.