DE2202582C3 - DC converter - Google Patents

Description

,, ..._o„ __ bildende Drosselspule in die Sättigung, so daß die,, ... _o "__ forming inductor into saturation, so that the

durch gekenn zeichnet, daß die Drosselspu- 15 induktive Belastung zwischen der Oszillatorschaltungcharacterized by that the choke coil 15 inductive load between the oscillator circuit

hat und ' ' ' ' ..-..«■-. ■■.has and '' '' ..- .. «■ -. ■■.

lenanordnur.g Sättigungscharakteristik hat und und dem Glättungskondensator entfällt.lenanordnur.g has saturation characteristics and and the smoothing capacitor is omitted.

außtr der oder den ersten Wicklungen (S 1, 52; 54) Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine zeitweiseoutside of the or the first windings (S 1, 52; 54) The invention achieves that a temporary

wenigstens eine zusätzliche Wicklung (53; 55) in induktive Belastung zum Starten der Oszillation durchat least one additional winding (53; 55) in inductive load to start the oscillation

Reihe zwischen einem Pol d--:s Glättungskondensa- den Belastungsstrom wieder unwirksam gemacht wird.Row between a pole d -: s smoothing condensate the load current is made ineffective again.

tors und der zugehörigen Gleichstrom-Ausgangs- 20 Dadurch werden Verluste von wattloser Leistungtors and the associated direct current output 20 This causes losses of wattless power

klemme aufweist und derart bemessen ist, daß sie vermieden und außerdem die sonst in jeder halbenhas clamp and is dimensioned such that it is avoided and also the otherwise in every half

nach dem Start des Gleichstrom-Wandlers mit Periode erforderliche Magnetisierungsenergie der stetsafter the start of the DC converter with period required magnetization energy of the always

zunehmendem, durch die zusätzliche Wicklung (S3; zu sättigenden Drosselspule eingespart.increasing, saved by the additional winding (S3; choke coil to be saturated.

55) oder die zusätzlichen Wicklungen fließenden Aus der US-Patentschrift 29 68 738 ist es bei einem55) or the additional windings flowing from US Pat. No. 2,968,738

Ausgangs-Gleichstrom in die volle Sättigung ge- 25 Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Einganes-Output direct current to full saturation 25 direct current converter with two direct current input

steuert wird. · ■ · ~ . - ⁰ &·is controlled. · ■ · ~. - ⁰ & ·

2. Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Windungen der zusätzlichen Wicklung (S3; 55) oder der2. DC converter according to claim 1, characterized in that the number of turns of the additional winding (S3; 55) or the

_uult£)vii uvl VIOIVlI TV Iv* _{uult £)} vii uvl VIOIVlI TV Iv *

der ersten Wicklungen (51.52).of the first windings (51.52).

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einerThe invention relates to a direct current converter with two DC input terminals, one input-fed oscillator circuit, one

— _o~.._b., - _o ~ .. _b .,

klemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer damit verbundenen Transformatorschaltung, einer von der Transformatorschaltungclamp, an oscillator circuit fed by the input, an associated transformer circuit, one of the transformer circuit

_in,_u,,₆ ,„j, _JJ; uuci uci gespeisten Gleichrichterschaltung, einem nachgeschal- _in , _u ,, ₆ , "j, _JJ; uuci uci powered rectifier circuit, a downstream

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 inadditional windings is greater than the number of 30 smoothing capacitor and two direct current outputs Turns of the first winding (54) or each of the power terminals known per se, in terms of alternating current

„.. «/:.i.i.._-. .~. «- Reihe mit der Gleichrichterschaltung die zwei ersten".." /:.ii._-. . ~. «- row with the rectifier circuit the first two

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-Windings of a choke coil arrangement with saturation characteristics to switch, the inductor assembly also having an additional winding as The control winding is used for the purpose of regulating the output current or the Output voltage of the direct current converter

_w „„—, —...mV. .,V₁Ia₁IUIiE, ciiici gig von der Regelabweichung von einem Steuerstrom _w "" -, --... mV. ., V ₁ Ia ₁ IUIiE, ciiici gig of the control deviation from a control current

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 fernerassociated transformer circuit, one of 40 acted upon. The choke coil assembly is used there rectifier fed to the transformer circuit - not as a starting aid, but to regulate the circuit, a downstream smoothing capacitor output current or output voltage, tor and two DC output terminals, also with By British Patent 3 88 772 is also

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 Lieferunga circuit arrangement with an AC input as a starting aid for the DC converter serving choke coil arrangement, from the alternating 45 and with one of them via a transformer in terms of current in series with the rectifier circuit and one of these at least one first winding is located. downstream smoothing capacitor for delivery

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..\..-.— . ■Such a direct current converter is known (a DC output voltage is known for which ceedings of the IRE, Feb. 1956, pp. 261 and 262). When alternating current in series with the rectifier switch-on, the smoothing capacitor forms a circuit with two first windings of a saturable short circuit. Without an impedance between the oscillator inductor arrangement and between the gate circuit and the smoothing capacitor, one pole of the smoothing capacitor and the associated oscillator circuit would be overloaded when starting, since the DC output terminal two additional smoothing capacitor has only a little charge and windings of the inductor arrangement are provided the charging current is initially relatively large. As a result of the choke-choke coil arrangement provided with the 55, which with increasing output direct current increasingly saturate the known direct-current converters. In the case of this coil arrangement, the charging current of the circuit arrangement known from the capacitor is limited, the throttle gate has been limited when starting and thus an overload coil arrangement has the task of avoiding at least one of the oscillator circuits. In a certain current range, however, a constant output voltage choke coil arrangement reactive power is implemented, which can be achieved in that the with increasing so that at the DrmwkniilpiwnnrHniinn <»; ~ : ~ a .. \ ..-. -. ■

so daß an der Drosselspulenanordnung ein induktiver Spannungsabfall und dadurch am Ausgang ein Spannungsverlusi auftritt.so that there is an inductive voltage drop across the choke coil arrangement and, as a result, a voltage loss at the output occurs.

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.The invention is now based on the object, in the case of a direct current converter of the 65 mentioned above Art to facilitate the oscillation of the oscillator without having to accept wattless losses.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurchThis object is achieved according to the invention

Ausgangsstrom zunehmende innere Spannungsabfall der Anordnung durch eine Verringerung der Impedanz der ersten Wicklungen der Drosselspulenanordnung kompensiert wird.Output current increasing internal voltage drop of the arrangement by reducing the impedance of the first windings of the inductor assembly is compensated.

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 derA preferred embodiment of the invention is characterized in that the number of turns the mentioned additional winding or additional windings is greater than the number of

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.Turns of each of the mentioned first winding or each of the mentioned first windings. This means that when the load is connected, it is switched on the direction of the magnetic field strength in the inductor core due to the current in the additional Winding determined because it has a larger number of ampere-turns.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter AusFührungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to some exemplary embodiments shown in the drawing.

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. Fig. 1 shows an embodiment of a direct current converter according to the invention and contains two direct current input terminals A 1 and A 2, two transistors TX and 7 ~ 2, a transformer 77? with the windings Wi, W 2, W 3. W 4 and E, a choke coil arrangement with the three windings SI, 52 and 53, four diodes Di. D2, Dl and DS, a smoothing capacitor C, two resistors R 1 and R 2 and two output terminals B 1 and 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.The direct current input terminals Ai and A 2 are connected to the negative or positive pole of a direct current source. The oscillator circuit consisting of the winding E and the transistors Ti and T2 is constructed in such a way that one of the two transistors is conductive and the other blocks. As a result, the windings IVI and VV3 alternately carry current pulses in opposite directions. A transformed current is excited on the secondary side. With respect to the connection point of W2 and IV 4, the other eggs of these windings receive alternating positive voltages. The S currents are rectified by the diodes Di and D2 and smoothed by the smoothing capacitor C. It is initially assumed that the capacitor C is not present and that a resistance heater is connected between the terminals ßl and B2 , which can be transformed to the primary side of the transformer TR. The primary side is therefore loaded by two resistors instead of W i and W3. When switching on, side a of winding E becomes positive via R 1 and R 2. As a result, the transistor 7 ~ 2 becomes conductive. This increases the current in W3 . The increase in the current through transistor 7 "2 also increases the voltage drop across 7" 2 until the voltage drop is so great that Γ2 is no longer conductive, so that the current through W3 decreases. As a result, the current through the winding E is of opposite polarity, as a result of which the transistor Ti becomes conductive and the next half period begins. The diodes Dl and D 8 are used to close the current path for the winding E along a blocking transistor. The resistor R i limits the current.

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.Another type of oscillation is achieved when the current (in the first half period) through W '3 is so great that the transformer TiR is saturated; this causes the voltage across winding E to drop and the circuit to tip over. Instead of winding E , an auxiliary transformer can also be used, the primary winding of which is fed via an auxiliary winding on the transformer TR and the secondary winding taking the place of E. The auxiliary transformer is then dimensioned so that it is saturated. The advantage of using a saturable transformer is that it makes the frequency independent of the load. This frequency is chosen to be 20,000 Hz, for example.

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 schnellIf the smoothing capacitor C is now present, it is also transformed to the primary side, so that the load is a resistor with a capacitor connected in parallel to it. When switching on, the positive potential of a brings transistor 7 ~ 2 into the conductive state. The current through 7 ~ 2 would now be very fast without a choke coil arrangement

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.ίο increase (short circuit through C), and the voltage across E would now reverse its sign again very quickly and 7 "2 would be blocked very quickly. This would cause a much higher breakdown speed. The oscillator circuit would then be difficult to start.

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.Now the choke coil windings S1 and S2 form the mentioned first windings (here two), whereby the smoothing capacitor C isolates from the oscillator circuit when switched on! will. Now the start is going well. Furthermore, S1 and 52 alternately conduct current pulses, as a result of which they saturate the inductor core after the beginning of each half period. As such, there would be wattless losses in every half period, and the magnetization energy of the inductor core would have to be applied. This is remedied by the additional winding S3 on the same core. A direct current flowing through it can keep the choke coil saturated so that no more wattless losses occur. But the voltage on the smoothing capacitor is still too low immediately after switching on and S3 cannot saturate the choke coil. If the terminals Bi and B 2 are not connected to a load, this is just as impossible. In this case, however, the circuit does not draw any current and the wattless losses are also very small.

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.Fig. 2 shows another embodiment of the invention. The secondary side of the transformer has only one winding W 5. Furthermore, the diodes D3, D4, D 5 and D 6 and the saturable choke coil with the single winding S4 (here one) and the additional winding S5, the smoothing capacitor C and the output terminal G. 1 and B 2 available. The four diodes form a Graetz circuit. The first winding S4 carries both positive and negative currents. The additional winding 55 has so many turns that the current supplied at the output saturates the choke coil, even if the field directions of 54 and S5 are oppositely directed. The choke coil therefore always remains saturated after being switched on. Assuming the nominal output current is 10 amps, then the maximum current through 54 is greater than 10 amps. S5 must therefore have a correspondingly larger number of turns and also additional turns in order to keep the choke coil saturated. In practice, for example, 55 has twice as many turns as 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.Modifications of the embodiments of the invention described above are possible. Thus, in FIG. I the winding S3 with the other pole of the smoothing capacitor and the terminal B2 and the windings Sl and S 2 between the relevant diodes and one pole of the smoothing capacitor can be connected to one another.

Hierzu ί Blatt ZeichnungenFor this purpose ί sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: I. Gleichstrom-Wandler mit zwei Gleichstrom-Eingangsklemmen, einer vom Eingang gespeisten Oszillatorschaltung, einer damit verbundenen Transformatorschaltung, einer von der Transformatorschaltung gespeisten Gleichrichterschaltung, einem nachgeschalteten GlättungskondensatorI. DC converter with two DC input terminals, an input-fed oscillator circuit, a transformer circuit connected to it, one of the transformer circuit fed rectifier circuit, a downstream smoothing capacitor 1 · /~»| ■ I . Il Γ1 · / ~ »| ■ I. Il Γ 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 Sättigungsolved that the inductor assembly saturation characteristic has and in addition to the first winding (s) at least one additional winding in Series between one pole of the smoothing capacitor 5 and the associated DC output terminal has and is dimensioned such that after the start of the DC converter with increasing, through the additional winding or the additional windings flowing output DC current into full saturation und zwei Gleichstromausgangsklemmen, ferner mit io gesteuert wird.and two DC output terminals, further controlled with io. einer als Starthilfe für den Gleichstrom-Wandler Beim Steigen des an den Ausgang abgegebenenone to start the DC converter when the output rises dienenden Drosselspulenanordnung, von der wech- Stroms während einer halben Periode bringt der Stromserving choke coil arrangement, from the alternating current during half a period brings the current selstrommäßig in Reihe mit der Gleichrichterschal- ' " "' self-current in series with the rectifier circuit '""' tung wenigstens eine erste Wicklung liegt, da-there is at least one first winding so that in einem bestimmten Moment die die Impedanzat a given moment the the impedance