DE2355061C3 - Treiberschaltung zur Ansteuerung einer induktiven Antenne - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung zur Ansteuerung einer induktiven Antenne, bei der die Antenne mit einer Serienkapazität auf Resonanz 6s abgestimmt und mit im Sättigungsbetrieb arbeitenden Schwingkreis-Transistoren angesteuert wird.

In der US-PS 34 37 931, insbesondere Fig.3 und 4,

sind Schaltungen angegeben, an deren Ausgang eine Antenne angeschlossen ist Dieser ist eine einstellbare Induktivität vorgeschaltet die zusammen mit einem mit Masse verbundenen einstellbaren Kondensator ein Abblocken harmonischer Frequenzen und sporadisch auftretender Signale bewirkt

Aus der DL-PS 79 336 ist ein Anpaßhilfswerk für eine komplexe Belastung mit einem Stromwandler bekannt geworden. Es ist mit einer derartigen Anordnung möglich, den komplexen Fußpunktwiderstand einer Antenne so zu transformieren, daß am Eingang des Anpaßhilfsgeräts der Wellenwiderstand des vorgeschalteten Kabels erscheint und damit das Kabel reflexionsfrei abgeschlossen ist

Zur Speisung der eingangs angegebenen Einrichtungen dient häufig eine Batterie. In einem solchen Fall muß, insbesondere wenn es sich um eine nichtaufladbare Batterie einer mobilen Anlage handelt, mit einem weiten Bereich der Speisespannung gerechnet werden.

Der Aufbau einer Treiberschaltung für die Schwingkreis-Transistoren ist jedoch bei stark schwankender Speisespannung mit einem relativ hohen Aufwand und einem schlechten Wirkungsgrad verbunden. Dieser Nachteil kann insbesondere bei mobilen Anlagen von großer Bedeutung sein.

Dieser Nachteil kann nach einem firmeninternen Stand der Technik umgangen werden, wenn die Schwingkreistransistoren durch Übertrager, deren Primärwicklungen in Serie mit dem Schwingkreis liegen, direkt vom Schwingkreis auf die Basis der Transistoren gekoppelt werden. Durch eine entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses kann erreicht werden, daß die Schwingkreistransistoren in jedem Augenblick mit dem optimalen Basistrom angesteuert werden.

Bei dieser hinsichtlich Aufwand und Wirkungsgrad optimalen Lösung handelt es sich jedoch um eine sich selbst erregende Schaltung, die nicht durch eine extern vorgegebene Frequenz geführt werden kann. Außerdem sind die Schwingkreis-Transistoren zwangsläufig immer während einer Halbwelle angesteuert, so daß eine Phasenanschnittsteuerung zur Regelung des Schwingkreisstromes nicht möglich ist. In den Fällen, in denen eine Frequenzführung und/oder Phasenanschnittsteuerung gefordert werden, scheidet die direkte Kopplung zwischen Schwingkreis und Transistor durch Übertrager aus.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, eine Einrichtung zu schaffen, bei der Frequenzführung und Phasenanschnittsteuerung mit den Vorteilen der Übertragerkopplung zwischen Schwingkreis und Basis der Schwingkreistransistoren verbunden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Serie mit dem Schwingkreis die Primärwicklung eines Stromwandlers geschaltet ist, daß jeweils die Sekundärwicklung von Koppelübertragern mit Basis und Emitter des zugehörigen Schwingkreistransistors verbunden ist und daß die Sekundärwicklung des Stromwandlers mit den Primärwicklungen der Koppelübertrager verbunden ist und den Treiberstrom für die Schwingkreistransistoren liefert.

Weiterbildungen der Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der wesentliche Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß eine fast ideale Kopplung der Schalttransistoren erreicht wird, wie sie bisher nur bei eigenerregten, ungeregelten Serienresonanzkreisen möglich war.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der !Erfindung im Prinzip dargestellt

F i g. 1 zeigt den Antennenschwingkreis mit der Erregerschaltung.

Fig.2 eine andere Art der Speisung durch eine s Batterie.

Fig.3 eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung des inversen Betriebes der Transistoren,

F i g. 4 bis 7 verschiedene Treiberschaltungen und

Fig.8 Diagiamme für Ströme, Spannungen und Signale.

Mit I und 2 sind in F i g. 1 die zwei Hälften einer Batterie bezeichnet Der Serienresonanzkreis besteht aus dem Schwingkreiskondensator 4 und der induktiven Antenne 5. Zur Entnahme der Steuerleistung für die Schwingkreistransistoren 7 und 8 ist ein Stromwandler 6 mit seiner Primärwicklung 14 in Serie mit dem Resonanzkreis geschaltet Die Ansteuerung der Schwingkreistransistoren, die im Schaltbetrieb arbeiten, erfolgt durch Koppelübertrager 9 und 10. Die Sekundärwicklungen 17 dieser Übertrager sind mit den Basen und Emittern der Schwingkreistransistoren 7 und 8 verbunden. Die Einspeisung erfolgt über die Primärwicklung 16 durch eine Treiberschaltung, die anhand von F i g. 4 bis 7 näher erläutert wird.

Der Treiberstrom /Ί für die Schwingkreistransistoren wird von der Sekundärwicklung 15 des Strom wand, ers 6 in die Treiberschaltung eingespeist.

Ein Ende der aus dem Schwingkreiskondensator 4, der induktiven Antenne S und dem Stromwandler 6 bestehenden Serienschaltung liegt an einer Mittelanzapfung der aus den beiden Hälften 1 und 2 bestehenden Batterie. Das andere Ende wird durch die Schwingkreistransistoren 7 und 8 periodisch auf den positiven bzw. negativen Ausgang der Batterie geschaltet

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 erfolgt die Speisung durch die Batterie 3, die ohne Mittelanzapfung ausgeführt ist Der Schwingkreiskondensator ist hierin in zwei gleiche Hälften 12 und 13 aufgeteilt.

Der Speisestrom besteht aus gleichgerichteten Sinushalbwellen. Der darin enthaltene Wechselstromanteil wird zu einem Teil von dem Kondensator 11 kurzgeschlossen.

Wenn bei Anwendung der Phasenanschnittsteuerung beide Transistoren gleichzeitig gesperrt sind, wird bei positivem (negativem) Schwingkreisstrom io der Transistor 8 (7) invers betrieben. Auch wenn bei fremdgeführter Frequenz das Umschalten der Schwingkreistransistoren nicht im Nulldurchgang von 4 erfolgt, kommt ein inverser Betrieb zustande. so

Da der invers betriebene Transistor eine hohe Sperrverzögerungszeit aufweist, kommt es beim Übergang des Stromes auf den gegenüberliegenden Transistor zu schädlichen Stromspitzen.

Nach Fig.3 dienen zur Vermeidung des inversen Betriebes die Freilaufdioden 45 und 46. Mit diesen allein ist der inverse Betrieb jedoch noch nicht vollständig unterbunden, da die Transistoren 7 und 8 nicht während der gesamten Zeit, in welcher innerhalb einer Periode ein inverser Betrieb möglich ist, durch eine positive Basis-Emitterspannung vorgespannt sind.

Es ist daher üblich, in einem solchen Fall durch je eine Diode im Kollektorstromkreis die inverse Stromrichtung zu blockieren. Damit fallen aber zusätzliche Dioden-Flußverluste an, die dadurch annähernd auf 10% reduziert werden können, daß anstelle der Verwendung von Kollektordioden eine Dopde 47

zu einem Kondensator 4S in Serie mit der Sekundärwicklung 17 der Koppelübertrager 9 und 10 verwendet wird, wodurch eine negative Basis-Vorspannung von etwa 0,4 Volt bis 1 Volt aufgebaut wird, welche ausreicht um den inversen Betrieb vollständig zu unterbinden.

In diesem Zusammenhang sollen die an sich bekannten Möglichkeiten zur Ausführung des Serienresonanzkreises erwähnt werden:

Der Resonanzkreis kann auch in einer Brückenschaltung mit vier diagonal angesteuerten Transistoren angeordnet werden. Zwischen dem Resonanzkreis und den Schwingkreistransistoren kann ein Anpassungsübertrager angeordnet sein.

Die Primärwicklung des Anpassungsübertragers kann in einer Brückenschaltung angeordnet sein.

Der Anpassungsübertrager kann auch in Gegentaktschaltung betrieben werden. In diesem Fall sind nur zwei Schwingkreistransistoren erforderlich.

Die in den F i g. 4 bis 7 dargestellten Treiberschaltungen sind für jede der vorstehenden Ausführungsformen des Antennenschwingkreises mit Erregerschaltung geeignet

In der Treiberschaltung nach Fig.4 wird der Sekundärstrom /1 des Stromwandlers 6 über das Treibertransistor-Paar 18/19 periodisch auf die Koppelübertrager 9 und 10 geschaltet bzw. über das Kurzschlußtransistor-Paar 20/21 kurzgeschlossen. Die Kollektordioden 22, 23, 24 und 25 verhindern einen inversen Betrieb. Beide Transistoren eines Paares werden gleichzeitig ausgesteuert bzw. gesperrt Die Sperrphasen beider Paare dürfen nicht überlappen, damit der Sekundärstromkreis des Stromwandlers geschlossen bleibt Welcher der beiden Koppelübertrager 9 oder 10 bei ausgesteuertem Treibertransistor-Paar Strom führt, richtet sich nach der Polarität des Stromes

Die Umschaltfrequenz der elektronischen Schalter kann sowohl extern vorgegeben (fremdgeführt) als auch mit der Eigenfrequenz des aus der induktiven Antenne und der Serienkapazität gebildeten Schwingkreises synchronisiert (selbstgeführt) werden.

Zur Aufnahme des induktiven Abschaltstromes in der Primärwicklung 16 des Koppelübertragers dient die Diode 26 und die Zenerdiode 27.

Es ist auch möglich, die Frequenzführung und/oder Phasenanschnittsteuerung nur durch Steuerung einer Halbwelle des Schwingkreisstromes io zu bewerkstelligen. Steuert man z. B. nur die positive Halbwelle, bleibt der Schwingkreistransistor 8 während der gesamten negativen Halbweile ausgesteuert und es können dann der Transistor 20, die Diode 24 und die aus Diode 26 und Zenerdiode 27 bestehende Beschattung des Übertragers 10 entfallen. Der Transistor 18 wird durch einen Kurzschluß (Kollektor-Emitter) ersetzt

Die Treiberschaltung gemäß F i g. 5 ist dahingehend abgewandelt, daß der Sekundärstrom /Ί des Stromwandlers von der Diodenbrücke 31 —33 gleichgerichtet wird. Infolgedessen ist hier im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig.4 die Aussteuerung der Schwingkreistransistoren nicht mehr fest der Stromrichtung von io, sondern den Treibertransistoren 37, 38 zugeordnet Die Aussteuerung dieser Treibertransistoren hat daher antivalent über einen Stromflußwinkei von max. 180° zu erfolgen.

Während beide Treibertransistoren gesperrt sind, fließt der eingeprägte, gleichgerichtete Sekundärstrom in die Spannungsqnelle 36. Gegenüber dem im Beispiel nach Fig.4 angewandten Verfahren, den Sekundär-

strom kurzzuschließen, hat diese Maßnahme folgende Vorteile:

Der Aufwand für die Kurzschlußschaitung entfällt. Der geschlossene Stromkreis ist nicht vom richtigen Schalten des Kurzschlußtransistors abhängig.

Auch wenn die Leistung für die Schwingkreistransistoren dem Schwingkreis entnommen wird, ist für die Aussteuerung der Treibertransistoren eine Speisespannungsquelle geringer Leistung erforderlich. Diese kann die Funktion der Spannungsquelle 36 übernehmen.

Der Anwurfwiderstand 35 liefert den zum Anfachen des Schwingkreises erforderlichen Strom. Hierzu genügen etwa 1—5% des im normalen Betrieb fließenden Sekundärstromes /|.

In der Treiberschaltung gemäß Fig.6 ist wie im Beispiel nach F i g. 4, die Ansteurung der Schwingkreistransistoren fest der Stromrichtung von h> zugeordnet Während der gemeinsamen Sperrphase beider Schwingkreistransistoren fließt der Sekundärstrom des Stromwandlers über die Spannungsquelle 36. Die Beschattung der Koppelübertrager sind in den Beispielen nach F i g. 5 und F i g. 6 identisch.

Die Treiberschaltungen gemäß F i g. 4 und 6 sind nicht ohne weiteres zum Erregen des Schwingkreises geeignet. Ferner können alle bisher beschriebenen Treiberschaltungen nur im unipolaren Betrieb der Koppelübertrager arbeiten. Daher kann von diesen nur ca. 20 bis 30% ihrer Spannungs-Zeitfläche ausgenützt werden, was bei vorgegebener Übertragerleistung zu relativ großen Typenabmessungen führt Da außerdem ein Übertragerkern mit gescherter Hystereseschleife verwendet werden muß, ist der Anteil des Magnetisierungsstromes verhältnismäßig hoch.

Diese aufgezeigten Mängel können nun dadurch behoben werden, daß der eingeprägte, gleichgerichtete Sekundärstrom des Stromwandlers geglättet und über je eine Rückmagnetisierungswicklung der Koppelübertrager geführt wird. Eine solche Schaltungsanordnung ist in F i g. 7 dargestellt. Gegenüber der Ausführung nach F i g. 5 besitzt sie zwei Koppelübertrager 28,29 mit j einer zusätzlichen Rückmagnetisierungswicklung 42, welche etwa 5 bis 10% der Windungen der Primärwicklungen 16 aufweist Die Rückmagnetisierungswicklungen beider Übertrager sind mit der Glättungsdrossel 43 in Reihe geschaltet und nehmen den Gleichstromanteil

■ο des Sekundärstromes auf. Der Wechselstromanteil fließt dagegen über den Kondensator 44. Dieser liegt parallel zu einer aus einer Drossel 43 und den Rückmagnetisierungswicklungen 42 gebildeten Serienschaltung.

κ Im Schaubild nach Fig. 8 bedeuten:

i>: Schwingkreisstrom

A: Austastsignal

(L= beide Schwingkreistransistoren gesperrt)
ucEs'- Kollektor-Emitterspannung von Transistor 8

/o«: Kollektorstrom von Transistor 7/8 bei parallelen Freilaufdioden Summe von Kollektor und Diodenstrom

UEBr- Basis-Emitterspannung des Transistors /

Das Austastsignal A kann beispielsweise von einem Regler geliefert werden, welcher den Schwingkreis strom ω oder die Schwingkreisspannung regelt Wenr die Frequenz des Austastsignales A nicht mit dei Resonanzfrequenz übereinstimmt Hegt es unsymmetrisch zum Nulldurchgang von iy

Eine Frequenzführung ist bei Treiberschaltungei gemäß den Fig.4 und 6 nur durch ein Austastsignal möglich. Bei Treiberschaltungen gemäß den F i g. 5 unc 7 ist dagegen eine Führung auch ohne Austastsigna möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Treiberschaltung zur Ansteuerung einer induktiven Antenne, bei der die Antenne mit einer S Serienkapazität auf Resonanz abgestimmt und mit im Sättigungsbetrieb arbeitenden Schwingkreistransistoren angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Schwingkreis (4, 5) die Primärwicklung (14) eines Stromwandlers (6) geschaltet ist, daß jeweils die Sekundärwicklung (17) von Koppelübertragern (9,10) mit Basis und Emitter des zugehörigen Schwingkreistransistors (7, 8) verbunden ist und daß die Sekundärwicklung (15) des Stromwandlers (6) mit den Primärwicklungen (16) der Koppelübertrager (9,10) verbunden ist und den Treiberstrom (i\) für die Schwingkreistransistoren (7,8) liefert

2 Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des vom Stromwandler (6) gelieferten Treiberstromes (i\) zwischen dem Koppelübertrager (9) für die positive bzw. dem Koppelübertrager (10) für die negative Halbwelle mit Hilfe mindestens eines elektronischen Steuerschalters (19,18; 37,38; 53) erfolgt

3. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Schwingkreises (4, 5) an der Mittelanzapfung einer aus zwei Teilen (1, 2) bestehenden Gleichspannungsquelle liegt, während das andere Ende periodisch auf den positiven bzw. negativen Ausgang der Gleichspannungsquelle geschaltet wird (F ig. 1).

4. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines inversen Betriebes der Transistoren (7, 8) in Serie mit der Sekundärwicklung (17) der Koppelübertrager (9,10) eine Parallelschaltung aus einer Diode (47) und einem Kondensator (48) angeordnet ist (F i g. 3).

5. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeprägte, gleichgerichtete Sekundärstrom (i\) des Stromwandlers (6) durch eine Drossel (43) geglättet und über je eine Rückmagnetisierungswicklung (42) der Koppelübertrager (28,29) geführt ist (F i g. 7).

6. Treiberschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromanteil des Sekundärstromes (i\) über einen Kondensator (44) fließt, der parallel zu einer aus der Drossel (43) und den Rückmagnetisierungswicklungen (42) gebildeten Serienschaltung liegt (F i g. 7).

7. Treiberschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Steuerschalter (19, 18; 37, 38; 53) mit einer Umschaltfrequenz arbeitet, die sowohl extern vorgegeben (fremdgeführt) als auch mit der Eigenfrequenz des aus induktiver Antenne (5) und Serienkapazität (4) gebildeten Schwingkreises synchronisiert (selbstgeführt) werden kann.