DE2202582C3 - Gleichstrom-Wandler - Google Patents

Description

,, ..._o„ __ bildende Drosselspule in die Sättigung, so daß die

durch gekenn zeichnet, daß die Drosselspu- 15 induktive Belastung zwischen der Oszillatorschaltung

hat und ' ' ' ' ..-..«■-. ■■.

lenanordnur.g Sättigungscharakteristik hat und und dem Glättungskondensator entfällt.

außtr der oder den ersten Wicklungen (S 1, 52; 54) Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine zeitweise

wenigstens eine zusätzliche Wicklung (53; 55) in induktive Belastung zum Starten der Oszillation durch

Reihe zwischen einem Pol d--:s Glättungskondensa- den Belastungsstrom wieder unwirksam gemacht wird.

tors und der zugehörigen Gleichstrom-Ausgangs- 20 Dadurch werden Verluste von wattloser Leistung

klemme aufweist und derart bemessen ist, daß sie vermieden und außerdem die sonst in jeder halben

nach dem Start des Gleichstrom-Wandlers mit Periode erforderliche Magnetisierungsenergie der stets

zunehmendem, durch die zusätzliche Wicklung (S3; zu sättigenden Drosselspule eingespart.

55) oder die zusätzlichen Wicklungen fließenden Aus der US-Patentschrift 29 68 738 ist es bei einem

Ausgangs-Gleichstrom in die volle Sättigung ge- 25 Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Einganes-

steuert wird. · ■ · ~ . - ⁰ &·

2. Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Windungen der zusätzlichen Wicklung (S3; 55) oder der

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der ersten Wicklungen (51.52).

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer

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klemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer damit verbundenen Transformatorschaltung, einer von der Transformatorschaltung

_in,_u,,₆ ,„j, _JJ; uuci uci gespeisten Gleichrichterschaltung, einem nachgeschal-

zusätzlichen Wicklungen größer ist als die Anzahl 30 teten Glättungskondensator und zwei Gleichstromaus-Her Windungen der ersten Wicklung (54) oder jeder gangsklemmen an sich bekannt, wechselstrommäßig in

„.. «/:.i.i.._-. .~. «- 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 abhän-

_w „„—, —...mV. .,V₁Ia₁IUIiE, ciiici gig von der Regelabweichung von einem Steuerstrom

damit verbundenen Transformatorschaltung, einer von 40 beaufschlagt. Die Drosselspulenanordnung dient dort der Transformatorschaltung gespeisten Gleichrichter- aber nicht als Starthilfe, sondern zur Regelung des schaltung, einem nachgeschalteten Glättungskondensa- Ausgangsstromes bzw. der Ausgangsspannung, tor und zwei Gleichstromausgangsklemmen, ferner mit Durch die britische Patentschrift 3 88 772 ist ferner

einer als Starthilfe für den Gleichstrom-Wandler eine Schaltungsanordnung mit Wechselstromeingang dienenden Drosselspulenanordnung, von der wechsel- 45 und mit einer davon über einen Transformator strommäßig in Reihe mit der GleichrichteVschaltung gespeisten Gleichrichterschaltung und einem dieser wenigstens eine erste Wicklung liegt. nachgeschalteten Glättungskondensator zur Lieferung

Ein solcher Gleichstrom-Wandler ist bekannt (Pro- einer Ausgangsgleichspannung bekannt, bei welcher ceedings of the IRE, Febr. 1956, S. 261 und 262). Beim wechselstrommäßig in Reihe mit der Gleichrichter-Einschalten bildet der Glättungskondensator einen 50 schaltung zwei erste Wicklungen einer sättigbaren Kurzschluß. Ohne eine Impedanz zwischen der Oszilla- Drosselspulenanordnung liegen und zwischen dem torschaltung und dem Glättungskondensator würde die einen Pol des Glättungskondensators und der zugehöri-Oszillatorschaliung beim Starten überlastet werden, da gen Gleichstrom-Ausgangsklemme zwei zusätzliche der Glättungskondensator nur wenig Ladung hat und Wicklungen der Drosselspulenanordnung vorgesehen der Ladestom anfangs relativ groß ist. Durch die beim 55 sind, die mit zunehmendem Ausgangsgleichstrom die bekannten Gleichstrom-Wandler vorgesehene Drossel- Drosselspulenanordnung zunehmend sättigen. Bei diespulCnanordnung wird der Ladestrom des Kondensa- scr bekannten Schaltungsanordnung hat die Drosseltors beim Starten begrenzt und damit eine Überlastung spulenanordnung die Aufgabe, wenigstens über einen der Oszillatorschaltung vermieden. Es wird jedoch in gewissen Strombereich eine konstante Ausgangsspander Drosselspulenanordnung Blindleistung umgesetzt, 60 nung dadurch zu erreichen, daß der mit zunehmendem so daß an der DrmwkniilpiwnnrHniinn <»;~ :~a..\..-.— . ■

so daß an der Drosselspulenanordnung ein induktiver Spannungsabfall und dadurch am Ausgang ein Spannungsverlusi auftritt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Gleichstrom-Wandler der eingangs genannten 65 Art das Anschwingen des Oszillators zu erleichtern, ohne wattlose Verluste in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

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 Einschalterscheinung die Richtung der magnetischen Feldstärke im Drosselspulenkern durch den Strom in der zusätzlichen Wicklung bestimmt, weil diese eine größere Anzahl von Amperewindungen hat.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter AusFührungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Wandlers und enthält zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen A 1 und A 2, zwei Transistoren TX und 7~2, einen Transformator 77? mit den Wicklungen Wi, W 2, W3. W4 und E, eine Drosselspulenanordnung mit den drei Wicklungen SI, 52 und 53, vier Dioden Di. D2, Dl und DS, einen Glattungskondensator C, zwei Widerstände R 1 und R 2 und zwei Ausgangsklemmen B1 und B 2.

Die Gleichstrom Eingangsklemmen Ai und A 2 werden an den negativen bzw. positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen. Die aus der Wicklung E und den Transistoren Ti und T2 bestehende Oszillatorschaltung ist so aufgebaut, daß von den beiden Transistoren jeweils einer leitend ist und der andere sperrt. Dadurch führen die Wicklungen IVI und VV3 wechselweise Stromimpulse, und zwar in entgegengesetztem Sinn. An den Sekundärseite wird ein transformierter Strom erregt. In bezug auf den Verbindungspunkt von W2 und IV 4 erhalten die anderen Eiiden dieser Wicklungen wechselweise positive Spannungen. Die Slröme werden durch die Dioden Di und D2 gleichgerichtet und durch den Glattungskondensator C geglättet. Angenommen sei zunächst, daß der Kondensator C nicht vorhanden ist und daß zwischen den Klemmen ßl und B2 eine Widerstandsheizung geschaltet ist, die zur Primärseite des Transformators TR transformiert werden kann. Mithin wird die Primärseite durch zwei Widerstände belastet, anstatt durch W i und W3. Beim Einschalten wird über R 1 und R 2 die Seite a der Wicklung E positiv. Mithin wird der Transistor 7~2 leitend. Dadurch steigt der Strom in W3 an. Durch die Zunahme des Stromes durch den Transistor 7"2 wird auch der Spannungsabfall an 7"2 größer, bis der Spannungsabfall so groß wird, daß Γ2 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 Ti 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 i begrenzt den Strom.

Eine andere Oszillationsart erreicht man, wenn der Strom (in der ersten halben Periode) durch W'3 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 Hiifstransformator 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 Glattungskondensator C vorhanden ist, wird dieser auch zur Primarseite transformiert, so daß die Belastung ein Widerstand mit einem dazu parallel geschalteten Kondensator ist. Beim Einschalten bringt nun das positive Potential von a den Transistor 7~2 in den leitenden Zustand. Der Strom durch 7~2 würde nun ohne Drosselspulenanordnung sehr schnell

ίο ansteigen (Kurzschluß durch C), und die Spannung über E würde nun wieder sehr schnell ihr Vorzeichen umkehren und 7"2 sehr schnei! 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 Glattungskondensator Cbeim Einschalten von der Oszillatorschaltung isolier! wird. Nun verläufl 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 wattlose 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 Glättungskondensator unmittelbar nach dem Einschalten noch zu niedrig und S3 kann die Drosselspule nicht sättigen. Wenn die Klemmen Bi und B 2 nicht mit einer Belastung verbunden sind, ist dies ebensowenig möglich. In dem Fall zieht die Schaltung jedoch keinen Strom und sind die wattlosen Verluste auch sehr klein.

Fig. 2 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform. Die Sekundärseite des Transformators hat nur eine Wicklung W 5. Ferner sind die Dioden D3, D4, D 5 und D6 und die sättigbare Drosselspule mil der eisten Wicklung S4 (hier mithin eine) und der Zusatzwicklung S5, der Glattungskondensator C und die Ausgangsklemme G 1 und B 2 vorhanden. Die vier Dioden bilden eine Graetz-Schaltung. Die erste Wicklung S4 führt sowohl positive als auch negative Ströme. Die zusätzliche Wicklung 55 hat so viele Windungen, daß der am Ausgang gelieferte Strom die Drosselspule sättigt, sogar dann, wenn die Feldrichtungen von 54 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 54 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 55 beispielsweise doppelt so viele Windungen wie 54.

Es sind Abwandlungen der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung möglich. So kann in F i g. I die Wicklung S3 mit dem anderen Pol des Glältungskondensator und der Klemme B2 und können die Wicklungen Sl und S 2 zwischen den betreffenden Dioden und einem Pol des Glättungskondensaiors miteinander verbunden werden.

Hierzu ί Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer damit verbundenen Transformatorschaltung, einer von der Transformatorschaltung gespeisten Gleichrichterschaltung, einem nachgeschalteten Glättungskondensator

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   gelöst, daß die Drosselspulenanordnung Sättigungscharakteristik hat und außer der oder den ersten Wicklungen wenigstens eine zusätzliche Wicklung in Reihe zwischen einem Pol des Glättungskondensators 5 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-Gleichslrom in die volle Sättigung

   und zwei Gleichstromausgangsklemmen, ferner mit io gesteuert wird.

   einer als Starthilfe für den Gleichstrom-Wandler Beim Steigen des an den Ausgang abgegebenen

   dienenden Drosselspulenanordnung, von der wech- Stroms während einer halben Periode bringt der Strom

   selstrommäßig in Reihe mit der Gleichrichterschal- ' " "'

   tung wenigstens eine erste Wicklung liegt, da-

   in einem bestimmten Moment die die Impedanz