DE1804429B2 - Gleichstromübertrager mit variablem Übersetzungsverhältnis - Google Patents
Gleichstromübertrager mit variablem ÜbersetzungsverhältnisInfo
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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 Verbraucherstromiv 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
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.
Claims (2)
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.
Priority Applications (6)
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DE1804429A DE1804429C3 (de) | 1968-10-22 | 1968-10-22 | Gleichstromübertrager mit variablem Übersetzungsverhältnis |
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Publications (3)
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