DE2714152C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Spannungen mit wechselnder Polarität aus einer Gleichspannung - Google Patents

Description

Am Eingangspol des Soll-Ist-Wertvergleichers SlV'ist ein Signalgeber SG angeordnet, dessen Signal den von einem Taktgeber 7G angesteuerten Pulsbreitenmodulator PBM so ansteuert daß Steuersignale zur Ansteuerung von Treiberstufen TR1 bzw. über einen Inverter IN angesteuerte Treiberstufen TJ? 3 und Tf? 4 entstehen. Dabei werden durch einen vom Signalgeber SG gesteuerten Polaritätsfeststeller PF die zugehörigen Treiberstufen TR 3 bzw. TR 4 ausgewählt > ο

Die Kästchen in der F i g. 1 sind in der F i g. 2 erläutert und die entsprechenden Bauteile in strichpunktierten Rahmen entsprechend der F i g. 1 zusammengefaßt

Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, beinhaltet das Eingangssieb ES Kondensatoren und Induktivitäten, die ' Rückwirkungen im Niederfrequenz- und Hochfrequenzbereich auf die Eingangsspannung verhindern. Das Ausgangssieb AS enthält ebenfalls Siebglieder, z. B. in Form einer Induktivität und eines Kondensators.

Die Schaltungsanordnung nach der F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Erzeugung eii.er Sinusspannung. Demnach ist der Signalgeber SG ein Sinusgenerator bekannter Ausführung, der aus zwei Operationsverstärkern OP4, OP5 besteht wobei mit den Dioden Z1, Z 2 eine stabile Ausgangsspannung auch bei Spannungs-Schwankungen erreicht wird. Das Signal des Signalgebers SG wird als Referenzsignal nach einer Gleichrichtung mit dem Operationsverstärker OPI, dem invertierenden Eingang eines Regelverstärkers OP3 zugeführt An dem nicht invertierenden Eingang liegt das über ^o einen Operationsverstärker OP1 gleichgerichtete Ausgangssignal UA am Soll-Ist-Wertvergleicher S/Van.

Das Ausgangssignal des Regelverstärkers OP3 wird zur Aufladung eines Kondensators C1 im Pulsbreitenmodulator PBM verwendet Die Aufladezeit dieses Kondensators wertet ein Schmitt-Trigger SM aus und führt ein entsprechendes Signal der Treiberstufe TR1 direkt bzw. TR3, TR 4 über den Inverter IN zu. Die Auswahl der Treiberstufen trifft der Polaritätsfeststeller PF, der aus einem Operationsverstärker OP6 und einem Inverter besteht. Die Entladung des Kondensators Ci und damit die Arbeitsfrequenz der gesamten Schaltung bestimmt der Taktgeber 7G bekannter Schaltung.

Die Treiberstufen TRi, TR 3, TR 4 bestehen aus einer Gatterschaltung, einem Treibertransistor und einem Pulsübertrager. In der Strombegrenzungsschaltung SB befinden sich Schaltmittel, die bei Oberschreiten eines vorgewählten Ausgangsstromes in den Pulsbreitenmodulator PBM eingreifen.

Als Versorgung für die komplette Steuerschaltung Si dient ein Hilfsumrichter HU, der aus der Eingangsspannung die benötigten Hilfsgleichspannungen + UH und — UH erzeugt.

Die F i g. 3 bis 6 zeigen jeweils in der rechten Hälfte die Abwandlungen der links dargestellten bekannten Prinzipschaltungen, die nötig sind, um mit Gleichstromumrichtern Ausgangsspannungen mit wechselnder Polarität zu erzeugen. In der F i g. 3 ist ein Sperrwandler links in der bisherigen Form dargestellt, der im wesentlichen aus einem Leistungstransistor, einem Leistungsübertrager, einem Gleichrichter und einem Ladekondensator als Integrierglied besteht Im rechten Teil ist zu sehen, daß zwei Sekundärwicklungen S3 und S4 benötigt werden, und an Stelle bzw. zusätzlich zur Gleicbrichterdiode ein schaltender Leistungshalbleiter T3 eingesetzt werden muß. Die Bauteilebezeichnungen in diesen Figuren stimmen mit den F i g. 1 und 2 überein.

Bei der Erzeugung einer positiven Ausgangsspannung arbeitet der Leistungstransistor Ti über die Primärwicklung P, die Sekundärwicklung S3, die Diode D 3 und den Transistor Γ3, während der Transistor T4 gesperrt ist Bei der Erzeugung einer negativen Ausgangsspannung arbeitet der Transistor 7*1 über die Primärwicklung P auf die Sekundärhalbwicklung S 4 und den Transistor TA mit der Diode D 4, während der Transistor T3 gesperrt ist

In der Fig.4 ist eine entsprechende Ausführung für die Verwendung eines Eintaktdurchflußwandlers dargestellt wobei zu ersehen ist, daß die Freilaufdiode durch einen bipolaren Leistungsschalter BL ersetzt werden muß. Bei der Erzeugung einer positiven Ausgangsspannung arbeitet der Transistor 71 über die Primärwicklung Pauf die Sekundärwicklung S3, die Diode D3, den Transistor Γ3 über die Drossel S auf den Ausgang, wobei in der Freilaufphase der Drossel S der linke Zweig des bipolaren Leistungsschalters BL eingeschaltet wird. Bei der Erzeugung der negativen Halbwelle arbeitet der andere bisher nicht beschriebene Teil der Schaltung.

Die F i g. 5 zeigt eine entsprechende Ausführung mit Gegentaktdurchflußwandlern. Der primäre Teil kann als Parallel- oder auch als Seriengegentaktwandler ausgeführt sein. Im rechten Teil der Figur ist zu ersehen, daß jetzt alle Leistungsdioden durch einen bipolaren Leistungsschalter BL ersetzt sind. Das gleiche gilt auch für die F i g. 6 mit Vollweggleichrichtung.

Die Funktion wird anhand der F i g. 1 erläutert: Das gewünschte Ausgangssignal wird vom Soll-Wertgeber SG nach Frequenz und Kurvenform vorgegeben. Vom Polaritätsfeststeller PFwird bei der positiven Halbwelle (POS) der Leistungstransistor 73 bzw. bei der negativen Halbwelie (NEG) der Leistungstransistor Γ4 über die jeweilige Treiberstufe TR 3, TR 4 eingeschaltet. Der Soll-Ist-Wertvergleicher SIV steuert den Pulsbreitenmodulator PBM, dessen Arbeitsfrequenz vom Taktgeber TG bestimmt wird. Das Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators steuert über die Treiberstufe TRi den Leistungstransistor 71 an. Dieser Leistungstransistor arbeitet auf die Primärwicklung P des Leistungsübertragers Ü in der Art, daß z. B. bei leitendem Transistor T3 und gesperrtem Transistor 7'4 durch die Polung der Wicklungen Pzu der Wicklung S3 ein Sperrwandler entsteht, der an dem Ladekondensator C eine positive Spannung erzeugt. Umgekehrt wird bei der Erzeugung einer negativen Ausgangsspannung bzw. der negativen Halbwelle der Transistor 73 gesperrt und der Transistor 74 eingeschaltet, so daß nun der Leistungstransistor Tt mit den Wicklungen P und S4 einen Sperrwandler bildet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Spannungen mit wechselnder Polarität nach Maßgabe eines vorgegebenen Sollwertes aus einer Gleichspannung

— mit einem durch Pulsbreitenmodulation gesteuerten Gleichstromrichter mit zwei Ausgangswicklungen, der mit einer wesentlich höheren als der zu erzeugenden Frequenz arbeitet,

— sowie mit sekundären jeweils einer Ausgangswicklung zugeordneten Leistungsschaltern, für die eine zusätzliche Steuerschaltung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vcn der vom Sollwert vorgegebenen Polarität der zu erzeugenden Wechselspannung die primär aufgenommene Energie über je einen der sekundären Leistungsschalter als positive oder negative Spannung an den Ausgang liefert, die dann dort aufgrund der Sollwertvorgabe für die Impulsbreitenmodulation und über ein nachgeschaltetes Integrierglied auf die gewünschte Ausgangsform gebracht werden,

gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß

a) der Gleichstromumrichter in an sich bekannter Weise einen Transformator mit einer Eingangswicklung (P) und zwei Ausgangswicklungen (S3. 54) enthält,

b) die sekundären Leistungsschalter (7*3, 7*4) im Zuge der Ausgangswicklungen (S3, S4) angeordnet sind und abwechselnd die eine oder andere Ausgangswicklung (S3 bzw. 54) mit dem Ausgang verbinden,

c) und ein von dem vorgegebenen Sollwert gesteuerter Polaritätsfeststeller (PF) vorgesehen ist, der die zusätzliche Steuerschaltung in Abhängigkeit von der" zu erzeugenden Ausgangspolarität ansteuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung neben den Einrichtungen zur Spannungsregelung auch eine Strombegrenzungsschaltung beinhaltet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung aus einem Signalgeber (SG) besteht, deren Signal zusammen mit der Ausgangsspannung (UG) jeweils über Halbwellengleichrichter (OPl, OPl) dem Soll-Ist-Wertvergleicher (OP3) zugeführt wird (F i g. 2).

Die Erfindung betrifft e.ne Schaltungsanordnung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art.

Eine solche Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 24 23 718 bekannt. Diese bekannte Schaltungsanordnung hat gegenüber herkömmlichen Wechselrichtern, welche im Primärkreis zwei Leistungsschalter enthalten, die im Rhythmus der zu erzeugenden Frequenz im Gegentaktverfahren auf einen Leistungsübertrager arbeiten, den Vorteil, daß der Leistungsüber trager infolge der im Vergleich zur Frequenz der gewünschten alternierenden Spannung sehr hohen Schwingfrequenz des Gleichstromumrichters wesentlich kleiner und damit leichter und raumsparender dimensioniert werden kann.

Bei der durch die genannte DE-OS 24 23 718 bekannten Schaltungsanordnung wird die gewünschte Ausgangswechselspannung aus zwei Gleichspannungen unterschiedlicher Polarität zusammengesetzt, indem die (unterschiedlich gepolten) Ansgangsgleichspannungen zweier Gleichstromumrichter mit Hilfe elektronischer Leistungsschalter im Takt der gewünschten Ausgangsfrequenz abwechselnd kurzgeschlossen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der beschriebenen Gattung zu schaffen, die sich durch einen einfachen Schaltungsaufbau auszeichnet und einen hohen Wirkungsgrad aufweist

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst

Die Hauptvorteile der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung gegenüber der genannten bekannten Schaltung bestehen darin, daß an Stelle zweier Leistungsübertrager nur ein solcher erforderlich ist, der zwei Sekundärwicklungen aufweist, daß dementsprechend nur ein primärseitiger Leistungsschalter benötigt wird, der mit der genannten hohen Schwingfrequenz arbeitet, und daß die sekundärseitig vorgesehenen elektronischen Schalter die Sekundärkreise auftrennen statt sie kurzzuschließen, so daß die elektronischen Schalter eine geringere Verlustleistung aufweisen können und der Gesamtwirkungsgrad der Schaltung verbessert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung, F i g. 2 ein vollständiges Ausführungsbeispiel,
Fig.3 als Umrichter einen Sperrwandler in der bisherigen und in der neuen Form,

F i g. 4 als Umrichter einen Eintaktdurchflußwandler ♦5 in der bisherigen und in der neuen Form,

F i g. 5 als Umrichter einen Gegentaktdurchflußwandler in der bisherigen und in der neuen Form mit Doppelweg-Gleichrichtung und

Fig.6 einen Gegentaktdurchflußwandler in der bisherigen und in der neuen Form mit Vollweggleichrichtung.

Nach der Darstellung in der F i g. 1 wird eine Eingangsspannung UE über ein Eingangssieb ES und einen Leistungsübertrager Ü mit der Primärwicklung P einem Eingangstransistor 7*1 zugeführt. Der Leistungsübertrager υ weist sekundärseitig zwei in Reihe geschaltete Ausgangswicklungen 53, 54 auf, deren Mitte den ersten Ausgangspol bildet. Diese Wicklungen sind in Reihe geschaltet mit einem Leistungstransistor 7*3 mit Diode D 3, bzw. mit einem Leistungstransistor 7*4 mit Diode D 4. Dieser sekundärseitige Teil wirkt auf den Kondensator C und bildet den zweiten Ausgangspol. Daran schließt sich ein Ausgangssieb A5 an, auf das eine Strommeßeinrichtung SB folgt, die über einen Widerstand R 1 angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung UA wird über die Widerstände R 2, R 3 einem Soll-Ist-Wertvergleicher SlV zugeführt. An der Ausgangsspannung UA ist ein Verbraucher L angeschlos-