DE2202582B2 - Gleichstrom-wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Einganjisklemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer damit verbundenen Transformatorschaltung, einer von der Transformatorschaltung gespeisten Gleichrichterschaltung, einem nachgeschalteten Glättungskondensator und zwei Gleiehstromausgangsklemmen, ferner mit einer als Starthilfe für den Gleichstrom-Wandler dienenden Drosselspulenanordnung, von der wechselstrommäßig in Reihe mit der Gleichlichterschaltung wenigstens eine erste Wicklung liegt.

Ein solcher Gleichstrom-Wandler ist bekannt (Proceedings of the IRE, Febr. 1956, S. 261 und 262). Beim Einschalten bildet der Glättungskondensator einen Kurzschluß. Ohne eine Impedanz zwischen der Oszillatorschaltung und dem Glättungskondensator würde die Oszillatorschaltung beim Starten überlastet werden, da der Glättungskondensator nur wenig Ladung hat und der Ladestom anfangs relativ groß ist. Durch die beim bekannten Gleichstrom-Wandler vorgesehene Drosselspulenanordnung wird der Ladestrom des Kondensators beim Starten begrenzt und damit eine Überlastung der Oszillatorschaltung vermieden. Es wird jedoch in der Drosselspulenanordnung Blindleistung umgesetzt, so daß an der Drosselspulenanordnung ein induktiver Spannungsabfall und dadurch am Ausgang ein Spannungsverlust auftritt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Gleichstrom-Wandler, der eingangs genannten Art das Anschwingen des Oszillators zu erleichtern, ohne wattlose Verluste in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Drosselspulenanordnung Sättigungscharakteristik hat und außer der oder den ersten Wicklungen wenigstens eine zusätzliche Wicklung in Reihe zwischen einem Pol des GJättungskondensators und der zugehörigen Gleichstrom-Ausgangsklemme aufweist und derart bemessen ist, daß sie nach dem Start des Gleichstrom-Wandlers mit zunehmendem, durch die zusätzliche Wicklung oder die zusätzlichen Wicklungen fließenden Ausgangs-Gleichsirom in die volle Sättigung gesteuert wird.

Beim Steigen des an den Ausgang abgegebenen Stroms während einer halben Periode bringt der Strom in einem bestimmten Moment die die Impedanz bildende Drosselspule in die Sättigung, so daß die

iS induktive Belastung zwischen der Oszillatorschaltung und dem Glättungskondensator entfällt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine zeitweise induktive Belastung zum Starten der Oszillation durch den Belastungsstrom wieder unwirksam gemacht wird.

xo Dadurch werden Verluste von wattloser Leistung vermieden und außerdem die sonst in jeder halben Periode erforderliche Magnetisierungsenergie der stets zu sättigenden Drosselspule eingespart.

Aus der US-Patentschrift 29 68 738 ist es bei einem Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer damit verbundenen Transformatorschaltung, einer von der Transformatorschaltung gespeisten Gleichrichterschaltung, einem nachgeschalteten Glättungskondensator und zwei Gleiehstromausgangsklemmen an sich bekannt, wechselstrommäßig in Reihe mit der Gleichrichterschaltung die zwei ersten Wicklungen einer Drosselspulenanordnung mit Sättigungscharakteristik zu schalten, wobei die Drosselspulenanordnung ferner eine zusätzliche Wicklung als Steuerwicklung aufweist. Die Steuerwicklung wird zwecks Regelung des Ausgangsstromes oder der Ausgangsspannung des Gleichstrom-Wandlers abhängig von der Regelabweichung von einem Steuerstrom beaufschlagt. Die Drosselspulenanordnung dient dort aber nicht als Starthilfe, sondern zur Regelung des Ausgangsstromes bzw. der Ausgangsspannung.

Durch die britische Patentschrift 3 88 772 ist ferner eine Schaltungsanordnung mit Wechselstromeingang und mit einer davon über einen Transformator gespeisten Gleichrichterschaltung und einem dieser nachgeschalteten Glättungskondensator zur Lieferung einer Ausgangsgleichspannung bekannt, bei welcher wechselstrommäßig in Reihe mit der Gleichrichterschaltung zwei erste Wicklungen einer sättigbaren Drosselspulenanordnung liegen und zwischen dem einen Pol des Glättungskondensators und der zugehörigen Gleichstrom-Ausgangsklemme zwei zusätzliche Wicklungen der Drosselspulenanordnung vorgesehen sind, die mit zunehmendem Ausgangsgleichstrom die Drosselspulenanordnung zunehmend sättigen. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung hat die Drosselspulenanordnung die Aufgabe, wenigstens über einen gewissen Strombereich eine konstante Ausgangsspannung dadurch zu erreichen, daß der mit zunehmendem Ausgangsstrom zunehmende innere Spannungsabfall der Anordnung durch eine Verringerung der Impedanz der ersten Wicklungen der Drosselspulenanordnung kompensiert wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Windungen der erwähnten zusätzlichen Wicklung oder zusätzlichen Wicklungen größer ist als die Anzahl der

Windungen jeder der erwähnten ersten Wicklung oder jeder der erwähnten ersten Wicklungen. Dadurch ist beim Anschließen der Belastung nach der Einschalierscheinung die Richtung der magnetische-·ι Feldstärke im Drosselspulenkern durch den Stror.: in der zusätzlichen Wicklung bestimmt, weil diese eine größere Anzahl von Amperewindungen hat.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele naher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines «Äadungsgemäßen Gleichstrom-Wandlers und enthält zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen A 1 und Λ 2, zwei Transistoren 71 und 72, einen Transformator TR mit den Wicklungen Wl. W2. W3. W4 und E₁ eine Drosselspulenanordnung mit den drei Wicklungen S 1. S2 und 53, vier Dioden Dl₁ D2. Dl und DS. einen Glättungskondensator C. zwei Widerstände R 1 und R 2 und zwei Ausgangsklemmen B1 und B 2

Die Gleichstrom-Eingangskiemmen A 1 und A 2 werden an den negativen bzw. positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen. Die aus der Wicklung E und den Transistoren Π und 72 bestehende Oszillatorschaltung ist so aufgebaut, daß von den beiden Transistoren jeweils einer leitend ist und der andere sperrt. Dadurch führen die Wicklungen Wl und W3 wechselweise Stromimpulse, und zwar in entgegengesetztem Sinn. An den Sekundärseite wird ein transformierter Strom erregt. In bezug auf den Verbindungspunkt von W2 und W4 erhalten die anderen Enden dieser Wicklungen wechselweise positive Spannungen. Die Ströme werden durch die Dioden D\ und D 2 gleichgerichtet und durch den Glätuingskondensator C geglättet. Angenommen sei zunächst, daß der Kondensator C nicht vorhanden ist und daß zwischen den Klemmen ßl und ß2 eine Widerslandsbelastung geschaltet ist, die zur Primärseitc des Transformators TR transformiert werden kann. Mithin wird die Primärseite durch zwei Widerstände belastet, anstatt durch Wl und W3. Beim Einschalten wird über R 1 und R2 die Seite a der Wicklung £ positiv. Mithin wird der Transistor 72 leitend. Dadurch steigt der Strom in W3 an. Durch die Zunahme des Stromes durch den Transistor 72 wird auch der Spannungsabfall an 72 größer, bis der Spannungsabfall so groß wird, daß 72 nicht mehr leitend ist, so daß der Strom durch W3 abnimmt. Hierdurch erhält der Strom durch die Wicklung E eine entgegengesetzte Polarität, wodurch der Transistor 71 leitend wird und die nächste halbe Periode beginnt. Die Dioden Dl und D8 dienen dazu, den Stromweg für die Wicklung E entlang einem sperrenden Transistor zu schließen. Der Widerstand R 1 begrenzt den Strom.

Eine andere Oszillationsart erreicht man, wenn der Strom (in der ersten halben Periode) durch W3 so groß wird, daß der Transformator TiR gesättigt wird; dadurch sinkt die Spannung an der Wicklung E, und die Schaltung kippt um. Auch kann man statt der Wicklung E einen Hilfstransformator verwenden, dessen Primärwicklung über eine Hilfswicklung am Transformator TR gespeist wird und wobei die Sekundärwicklung die Stelle von E einnimmt. Dabei wird dann der Hilfstransformator so dimensioniert, daß er gesättigt wird. Der Vorteil der Anwendung eines sättigbaren Transformators liegt darin, daß dadurch die Frequenz unabhängig wird von der Belastung. Diese Frequenz wählt man beispielsweise auf 20 000 Hz,

Wenn nun der Glättungskondensator C vorhanden ist, wird dieser auch zur Primärseite transformiert, so ri;iß die Belastung ein Widerstand mit einem dazu parallel geschalteten Kondensator ist. Beim Einschulten bringt nun das positive Potential von a den Transistor 72 in den leitenden Zustand. Der Strom durch 72 würde nun ohne Drossclspulenanordnung sehr schnell ansteigen (Kurzschluß durch C), und die Spannung über E würde nun wieder sehr schnell ihr Vorzeichen umkehren und 72 sehr schnell gesperrt werden. Dadurch würde eine sehr viel größere Kippgeschwindigkeit verursacht. Die Oszillatorschaltung ließe sich dann schwierig starten.

Nun bilden die Drosselspulenwicklungen Sl und S2 die erwähnten ersten Wicklungen (hier mithin zwei), wodurch der Glättungskondensator Cbeim Einschalten von der Oszillatorschaltung isoliert wird. Nun verläuft der Start gut. Ferner leiten Sl und 52 abwechselnd Stromimpulse, wodurch sie nach dem Anfang jeder halben Periode den Drosselspulenkern sättigen. An sich ergäben sich in jeder halben Periode watllose Verluste, ferner müßte die Magnetisierungsenergie des Drossel-Spulenkerns aufgebracht werden. Dies wird durch die Zusatzwicklung S3 auf demselben Kern behoben. Ein da hindurch fließender Gleichstrom kann die Drosselspule gesättigt halten, so daß keine wattlosen Verluste mehr auftreten. Nur ist die Spannung am Glättungskondcnsator unmittelbar nach dem Einschalten noch zu niedrig und S3 kann die Drosselspule nicht sättigen. Wenn die Klemmen ßl und ß2 nicht mit einer Belastung verbunden sind, ist dies ebensowenig möglich. In dem Fall zieht die Schaltung jedv.°h Weinen Strom und sind die wattlosen Verluste auch sehr klein.

Fig. 2 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform. Die Sekundärseite des Transformators hat nur eine Wicklung W5. Ferner sind die Dioden D3. D4, D 5 und D 6 und die sättigbare Drosselspule mit der ersten Wicklung S4 (hier mithin eine) und der Zusatzwicklung S5, der Glättungskondensator C und die Ausgangsklemine G 1 und ß2 vorhanden. Die vier Dioden bilden eine Graetz-Schaltung. Die erste Wicklung S4 führt sowohl positive als auch negative Ströme. Die zusätzliche Wicklung S5 hat so viele Windungen, daß der am Ausgang gelieferte Strom die Drosselspule sättigt, sogar dann, wenn die Feldrichtungen von S4 und S5 entgegengesetzt gerichtet sind. Mithin bleibt die Drosselspule nach dem Einschalten stets gesättigt. Angenommen, der nominale Ausgangsstrom beträgt 10 Ampere, dann ist das Maximum des Stroms durch S4 höher als 10 Ampere. Mithin muß S5 eine dementsprechend größere Anzahl von Windungen und außerdem noch Zusatzwindungen haben, um die Drosselspule gesättigt zu halten. In der Praxis hat S 5 beispielsweise doppelt so viele Windungen wie S 4.

Es sind Abwandlunger, der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung möglich. So kann in F i g. 1 die Wicklung S3 mit dem anderen Pol des Glättungs-

kondensator und der Klemme ß2 und können die Wicklungen SI und S2 zwischen den betreffenden Dioden und einem Pol des Glättungskondensators miteinander verbunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer damit verbundenen Transformatorschaltung, einer «von der Transformatorschaltung gespeisten Gleichrichterschaltung, einem nachgeschalteten Glättungskondensator und zwei Gleiehstromausgangsklemmen, ferner mit einer als Starthilfe für den Gleichstrom-Wandler dienenden Drosselspulenanordnung, von der wechselstrommäßig in Reihe mit der Gleichrichterschaltung wenigstens eine erste Wicklung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspulenanordnung Sättigungscharakteristik hat und außer der oder den ersten Wicklungen (S 1, S 2; 54) wenigstens eine zusätzliche Wicklung (S3; 55) in Reihe zwischen einem Pol des Glätfungskondensators und der zugehörigen Gleichstrom-Ausgangsklemme aufweist und derart bemessen ist, daß sie nach dem Start des Gleichstrom-Wandlers mit zunehmendem, durch die zusätzliche Wicklung (S3; 55) oder die zusätzlichen Wicklungen fließenden Ausgangs-Gleichstrom in die volle Sättigung gesteuert wird.

2. Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Windungen der zusätzlichen Wicklung (S3; S5) oder der zusätzlichen Wicklungen größer ist als die Anzahl der Windungen der ersten Wicklung (S 4) oder jeder der ersten Wicklungen (S 1, S 2).