DE2716445A1

DE2716445A1 - Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2716445A1
Application number: DE19772716445
Authority: DE
Inventors: Paul Calvin Launderville; David Harry Simmons
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-04-14
Publication date: 1977-12-08
Also published as: GB1576552A; JPS538724A; JPS5649071B2; US4017784A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. A.Wasmeier ρ Dipl.-lrKj«4-LGraf. *

Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1

An das Deutsche Patentamt 8000 München 2	Ihre Nachricht Your Letter	Unser Zeichen Our Ref. L/p 8849	D-8400 REGENSBURG 1 GREFLINGER STRASSE 7 Telefon (09 41) 5 47 53 Telegramm Begpatent Rgb. Telex 65709 repat d

Ihr Zeichen Your Ref.	Tag Date 1. März 1977 Gr/Ja

Litton Industries, Inc., 360 North Crescent Drive, Beverly Hills, California 90210, USA Gleichspannungswandler

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler mit wenigstens einem übertrager bzw. Transformator, der zumindest eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung sowie eine lose Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung besitzt, mit einer Gleichrichtereinrichtung an der Sekundärwicklung zur Erzielung einer gleichgerichteten Ausgangsspannung, mit wenigstens einem Siebkondensator am Ausgang der Gleichrichtereinrichtung zur Glättung der Ausgangsspannung, mit Ausgangsklemmen zum Anschluß einer vorzugsweise parallel zum Siebkondensator liegenden elektrischen Last, mit Eingangsklemmen zum Anschluß des Wandlers an eine Gleichspannungsquelle, deren Spannung in eine unterschiedliche Gleichspannung umgewandelt werden soll sowie mit elektronischen Schaltmitteln zur Erzeugung eines Wechselstromes in der Primärwicklung.

Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 839 300 Gerichtsstand Regensburg

Postscheck München 893 69-801

Gleichspannungswandler sind an sich in verschiedenen Ausfuhrungen bekannt und dienen dazu, um die Spannung einer Gleichspannungsquelle, die dem Eingang bzw. den Eingangsklemmen eines Gleichspannungswandlers zugeführt wird, in eine Gleichspannung am Ausgang des betreffenden Gleichspannungswandlers umzuformen, wobei die Spannung am Ausgang bzw. an den Ausgangsklemmen in ihrer Größe in der ^egel unterschiedlich ist von der Spannung an den Eingangsklemmen· Gleichspannungswandler werden beispielsweise bei Wanderwellen-Verstärkern verwendet, bei denen die relativ niedrige Spannung einer Gleichspannungsquelle in eine oder in mehrere gleichgerichtete Hochspannungen umgewancfcLt werden muß, um eine Wanderfeldröhre in geeigneter Weise antreiben zu können.

Es ist weiterhin bereits ein selbsterregter Gleichspannungswandler bekannt (US-PS 3 582 754), der jedoch keine Mittel enthält, um dieDauer und/der Periode des durch die Primärwicklung des Transformators bzw. Übertragers fließenden Stromes zu ändern. Oieser bekannte Gleichspannungswandler verwendet einen Kondensator, der in Verbindung mit einer Induktivität halb-sinusförmige Stromimpulse in de χ- Primärwicklung des Transformators erzeugt, wobei dann die Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung als die genannte Induktivität verwendet wird. Oieser bekannte Gleichspannungswandler verwendet ein Paar von in Serie miteinander liegenden Dioden, um die auftretende Spitzenspannung bzw. Spitzenamplitude an einem Ort innerhalb des Schaltkreises festzuklemmen, jedoch nicht direkt an dem Kondensator, wie dies in der genannten Patentschrift näher beschrieben ist. Bei dem bekannten Gleichspannungswandler ist eine Regelung nicht vorgesehen, vielmehr wird eine Spannungs- bzw· Netzspannungsregelung durch die Verwendung von Zusatzgeräten erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler und insbesondere auch einen Gleichspannungswandler fUr hohe Leistung aufzuzeigen, der gegenüber bekannten, tatsächlich verwendeten Wandlern

- ϊ-

im Aufbau klein ist, einen größeren Wirkungsgrad aufweist und höher belastbar ist, und der darüber hinaus eine Regelung über einen weiten Bereich der Eingangsspannung sowie der Belastungsbedingungen erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Gleichspannungswandler der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß so ausgebildet, daß wenigstens ein weiterer Kondensator im Primärkreis des Transformators vorgesehen ist, daß dieser weitere Kondensator durch die elektronischen Schaltmittel periodisch und wechselweise in einem ersten Zeitintervall in einer ersten .dichtung und in einen darauffolgenden zweiten Zeitintervall in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung aufgeladen wird, wobei im Ladestromkreis dieses weiteren Kondensators die Primärwicklung des Transformators sowie die mit den Eingangsklemmen verbundene Glei; hspannungsquelle liegen, daß der weitere Kondensator in seiner Größe in Anpassung an die Streuinduktivität des Transformators, in Anpassung an die elektrische Impedanz der elektrischen Last und in Anpassung an den Siebkondensator so angepaßt ist, daß der Strom durch die Primärwicklung zumindest Über einen Teil des jeweiligen Zeitintervalls die Form einer Sinus-Halbwelle aufweist, daß wenigstens eine Klemmdiode an dem weiteren Kondensator vorgesehen ist, um die am Kondensator anliegende Spannung auf einen Wert zu begrenzen, der kleiner ist als der Wert der Spannung, die an den Eingangsklemmen anliegt, und daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die mit den elektronischen Schaltmitteln in Verbindung steht, um das jeweilige Zeitintervall und/oder die Periodizität als Funktion des an dem Siebkondensator anliegenden Spannungspegels zu steuern bzw. zu regeln, um diesen Spannungspegel auf einen vorgegebenen konstanten Wert unabhängig von ev. Spannungsänderungen an den Eingangsklemmen zu halten.

Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler ist auch fUr hohe Leistungen geeignet, wobei die Ausgangsspannung so geregelt werden kann, um Ände-

rungen in der Eingangsspannung sowie im Ausgangsstrom υ kompensieren.

Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler eignet sich vorzugsweise fUr eine Anwendung bei Wanderfeld-Röhren-Verstärkern, ohne daß dabei schwere und großvolumige Induktivitäten notwendig sind. Gleichzeitig besitzt der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler Kegelmittel bzw. eine Regeleinrichtung, die eine relativ unkomplizierte Schaltung aufweisen bzw. aufweist.

Eine normale Ausfuhrung des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers besitzt einen Kondensator, einen Transformator mit Primary und Sekundärwicklung, wobei die Sekundärwicklung lose an die Primärwicklung angekoppelt ist, um eine Streuinduktivität vorgegebener Größe zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung zu erhalten. Weiterhin sind Gleichrichtermittel vorgesehen, die einerseits mit den Anschlüssen der Wie klung des Transformators und andererseits mit der elektrischen Last verbunden sind, wobei ein relativ großer Siebkondensator quer zub Ausgang der Gleichrichtermittel liegt. Die Primärwicklung des Transformators liegt in Serie mit einem Primärkondensator bzw. mit dem zusätzlichen Kondensator, wobei zwei als Schalter dienende Transistoren so angeordnet sind, daß sie einen Stromfluß durch den genannten Primärkondensator und die mit diesen in Serie liegenden Primärwicklung des Transformators gestatten. Die als Schalter dienenden Transistoren sind dabei so angeordnet, daß jeweils ein Transistor einen Stromfluß in einer ersten Richtung und der andere Transistor einen Stromfluß in einer zweiten, entgegengesetzten dichtung durch die Primärwicklung erlaubt. Klemmdiodenmittel bzw. Kleswdioden sind dabei nit dem Primärkondensator gekoppelt, um zu verhindern, daß die Spannung an diesem Kondensator Über die Eingangsspannung bzw. Über den Spannungspegel an den Eingangsklemmen ansteigt. Weiterhin ist der Kapazitätswert des Primärkondensators so an die Streuinduktivität des Transformators angepaßt, daß bei Durchschalten eines

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Transistors der dabei fließende Strom die Form einer Sinus-Halb-Welle aufweist.

Als Regeleinrichtung ist vorzugsweise ein Impulsgenerator vorgesehen, der mit der elektrischen Last verbunden ist und die Spannung an der Last mißt, um geeignete impuls-Steuer-Signale an die elektronischen Schaltmittel bzw. an die als elektronische Schalter dienenden Transistoren zu liefern, und zwar in Abhängigkeit von der Spannung bzw. dem Spannungspegel an der elektrischen Last, wobei beispielsweise bei einem Anstieg dieser Spannung an der elektrischen Last die Periodizität, d.h. die Frequenz, der Betätigung der elektronischen Schaltmittel verringert wird, um so einen größeren Zeitabstand zwischen den Stromimpulsen zu erreichen, die durch die Primärwicklung des Transformators fließen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an zwei AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die elektrische Schaltung einer ersten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers, teilweise als Blockdiagramm;

Fig. 2 einen äquivalenten Schaltkreis eines Teils der Schaltung gemäß

Fig. 1;

Fig. 3 die elektrische Schaltung einer zweiten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers, teilweise im Blockdiagramm;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer regeleinrichtung zur Verwendung bei den Gleichspannungswandlern gemäß Fig. 1 und Fig. 3;

Fig. 5 in graphischer Darstellung den Verlauf der Spannungen bzw. Ströme in Abhängigkeit von der Zeit, die bei einem Betrieb der Regeleinrichtung gemäß Fig. 4 auftreten.

Al

Die AusfUhrungsform gemäß Fig. 1 besitzt Kapazitäten C., C₀, C_, Dioden D. und D_?, Transistoren Q₁ und CU sowie einen Transformator T, der seinerseits eiui; Primärwicklung P sowis eine Sekundärwicklung S aufweist und bei dem die Primär- und Sekundärwicklungen magnetisch lose gekoppelt sind. Dio resultierende Prirccir-Sekundär-Streuinduktivität ist dabei Li der Figur als eine gesonderte Induktivität LL dargestellt, die in Serie mit der Sekundärwicklung S liegt. Bei der gezeigten AusfUhrungsform sind weiterhin Gleichrichterdioden D₀ und D., Siebkondensatoren C-. und C-Λ sowie eine Regeleinrichtung RE. vorgesehen, welch letztere als Block dargestellt ist. Der Ausgang des Schaltkreises ist mit einer Last R. verbunden gezeichnet, wobei diese Last von einem Widerstand gebildet wird. Die verwendeten Symbole für die verschiedenen Bauelemente sind Fachleuten bekannt. Wie dargestellt ist, ist der Siebkondensator C_fl mit einem ersten Ausgang der Sekundärwicklung S sowie mit der Kathode der Diode D. verbunden, während die Anode der Diode D- mit dem zweiten Ausgang bzw. Anschluß der Sekundärwicklung S in Verbindung steht. Der Siebkondensator C^ ist ebenfalls mit dem ersten Ausgang der Sekundärwicklung S und mit der Anode der Diode D. verbunden. Die Kathode der Diode D. steht mit dem anderen Ausgang der Sekundärwindung S bzw. mit der Anode der Diode D_ in Verbindung. Die Last R. liegt parallel zur Serienschaltung der beiden Siebkondensatoren C_fl und C_f?. Dieser Abschnitt des dargestellten Schaltkreises ist allgemein bekannt als Zweiweg-Gleichrichterschaltkreis, in welchem zwei Serienecholtungen aus Diode und Kondensator parallel an der Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen sind. Diese Art des Gleichrichters (Zweiweggleichrichter) wurde nur der Einfachheit halber gewählt, sowie auch deswegen, weil dies eine geeignete Schaltung fUr solche Fälle darstellt, in denen ein Ausgang mit hoher Spannung erforderlich ist. Der Wandler ist jedoch auch geeignet fUr die Verwendung einer Zweiweggleichrichtung mit Mittelanzapfung an der Sekundärwicklung, fUr einen BrUckengleichrichter oder aber fUr andere bekannte Gleichrichter-Sieb-Schaltungen.

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Die Transistoren Q. und Q« sind jeweils vom npn-Typ und bilden mit ihren Kollektor-Emitter-Streden eine Serienschaltung, die parallel zu den Eingangsklemmen 1 und 2 liegt. Die Kondensatoren C_D und C_ bilden ebenfalls eine Serienschaltung, die parallel zu den Eingangsklemmen 1 und 2 liegt. Die Dioden D₁ und D~ bilden eine Serienschaltung, die ebenfalls parallel zu den Eingangsklemmen 1 und 2 liegt, wobei beide Dioden in gleiche Richtung gepolt sind und die Anode der Diode D_ mit der Eingangsklemme 2 und die Kathode der Diode D. mit der Eingangsklemme 1 in Verbindung steht. Der Kondensator C. verbindet den Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren C_D und C. mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode D- und der Anode der Diode D., wobei der Verbindungspunkt zwischen diesen beiden Dioden außerdem noch mit einem Anschluß der Primärwicklung P verbunden ist. Der verbleibende, d.h. der andere Anschluß der Primärwicklung P ist Über eine Leitung mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors Q₁ und dem Kollektor des Transistors CL verbunden. Die Eingangsklemmen 3 und 4 der Regeleinrichtung RE. liegen parallel zur Last R,, wobei die gemeinsamen SchaltungsanschlUsse bzw. VersorgungsanschlUsse der Regeleinrichtung RE. Über Verbindungsleitungen 6 und 8 mit den jeweiligen Emittern der Transistoren Q. und $L verbunden sind. Die Ausgangsklemmen 5 und 7 der Regeleinrichtung RE. sind mit den jeweiligen Basen der Transistoren Q. und CL verbunden, wobei die Regeleinrichtung RE. Spannungsimpulse abwechselnd der Basis des Transistors Q, und im Anschluß daran der Basis des Transistors CL zufuhrt, wobei diese Impulsfolge mit einem Grad bzw. mit einer Periodizität, d.h. mit einer Frequenz wiederholt wird, die abhängig ist von der an den Eingangsklemmen 3 und 4 anliegenden Spannung.

Im Betrieb wird an die Eingangsklemmen 1 und 2 eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen Pegel angelegt, wobei die positive Polarität an der Eingangsklemme 1 anliegt. Von der, diese Spannung liefernden Quelle er-

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halten die Kondensatoren C_n und C_ eine elektrische Ladung, wobei sich bei gleichen Kapazitätswerten für die Kondensatoren C und C- die an den

D L

Eingangsklemmen 1 und 2 anliegende Spannung gleichmäßig so auf die Kondensatoren aufgeteilt, daß an jedem Kondensator jeweils die halbe Eingangsspannung anliegt. Ein erster Ausgangsimpuls wird Über die Leitung 5 der Basis des Transistors Q. von der Regeleinrichtung RE. zugeführt, so daß der Transistor Q. aus dem gesperrten Zustand in den leitenden Zustand umgeschaltet wird, und zwar für die Zeitdauer des an der BcsLs dieses Transistor anliegenden Impulses. Es fließt so ein Strom in einem Stromkreis von der Eingangsklemme 1 Über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q-, die Primärwicklung P durch den Kondensator C. und durch den Kondensator C_ zurUck an die Anschlußklemme 2, Wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben werden wird, entspricht die Wellenform dieses Stromes der einer halben Sinuswelle, da der Kondensator C,

bzw. dessen Kapazität an die Streuinduktivität LL des Transformators T angepaßt ist. Die Regeleinrichtung RE. beendet den Eingangsimpuls an der Basis des Transistors Q, und fuhrt nach einer vorgegebenen Pause einen Spannungsimpuls Über die Leitung 7 der Basis des Transistors CU zu. ■ Bei Fehlen eines Spannungsimpulses an der Basis des Transistors Q, kehrt !dieser Transistor wieder in seinen lichtleitenden Zustand (gesperrte j Kollektor-Emitter-Strecke) zurück. Mit dem Anliegen des Spannungsimpulses ' an der Basis des Transistors CL schaltet dieser Transistor folgerichtig ' I fUr die Dauer des Eingangsimpulses durch bzw. wird in den leitenden j

: ι

', Zustand Übergeführt, so daß ein Stromfluß in dem Stromkreis von der Eingangsklemme 1 Über den Kondensator C_R, den Kondensator C., die ■ Primärwicklung P und Über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors ■ ι CU zurUck an die Eingangsklemme 2 stattfindet. Die Richtung des Stromflusses durch die Primärwicklung P ist in diesem Fall umgekehrt zu der ¹ Richtung, die der Strom bei durchgeschaltetem Transistor Q₁ aufweist. I Die Wellenform dieses Stromes ist jedoch auch bei durchgeschaltetem ¹ Transistor CU wiederum entsprechend einer halben Sinusform, da der

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Kondensator C cn die Streu induktivität l.l annepaßt ist. "'ach Beendigung des Impulses, der de Rasis des T.onsistors Q₀ zugeführt wird, kehrt dieser Tiür.siitüi ir, soinen nichtle: tendon Zustand zurück, d.h. der Stromfluß durch ;'io PriiiHrv.ichiu.ig P wird unterbrochen,

lach einen vorrjegehenen Intervall führt din Regeleinrichtung über die Leitung 5 ciniin weiteren Tmpuls nn die Basis des Transistors Q. und der gesamte Vorgang wiederholt sich. Auf diese '..'eise wird ein wechselstrom ir. der Pi imärwicklung P erzeugt, der durch die Transformatoreigenschaften eine entsprechende '.'echsel spannung in der Sekundärwicklung S induziert. ViCiWi die Spannung an dem oberen Anschluß der Sekundärwicklung S positiv bezogen auf den unteren Anschluß ist, fließt ein Strom durch die Sekundärwicklung S ur-,d die Diode D , um den Kondensator C- zu laden. Ein

ο Tl

Hhnlicher Ctromfluß erfolgt durch die Diode D. zur Ladung des Siebkondensators C-J/ wenn der untere Anschluß der Sekundärwicklung S positiv gegenüber dem oberen Anschluß ist. Die Spannungen, auf die die Siebkondensatorer, C-, und Cro aufgeladen werden, addieren sich, so daß die der Last Ii₁ zugeführte Spannung die Summe der Spannungen an den Sieb-

bzw. l.ndekondensatoren C_r1 und C_fO entspricht.

T I τ*.

Im Hinblick auf den Kondensator C. und die zugehörigen Dioden D.. und D₀ ist offensichtlich, daß die Dfade D. Strom führt, sobald die Spannung an der Anode der Diode D₁ die Spannung an der Eingangsklemme 1 über-

einem steigt, so daß die Spannung am Kondensator C ii,/l/2_Zyklus nicht die

Spannung übersteigen kann, die am Kondensator C_D anliegt. Auf diese

Weise dienen die Dioden D. und D₀ dazu, um die Spannung am Kondensator C. festzuklemmen, wobei in ähnlicher Weise die Diode D₀ Strom für bzw. Durchschalten, wenn die Spannung am Kondensator C. einen Wert und eine negative Polarität aufweist, die den Spannungswert an dem Kondensator C_ Übersteigt, wodurch diese Schaltverbindung bzw· der Kondensator C. daran gehindert werden, sich auf eine Spannung aufzuladen, die die

.Mi.

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Spannung bzw. dei. Spannungspegel am Kondensator C^ übersteigt. Die Dioden wirken somit als "Spannungsklemmschaltung" und dienen in der angegebenen Kombination einer Funktion, die nachstehend noch näher beschrieben wird.

Die an der Last R₁ anliegende Spannung wird über die Leitungen 3 und 4 durch die Regeleinrichtung RE- überwacht. In den obigen Ausführungen wurde angenommen, daß die aa dieser Last anliegende Spannung einen vorgegebenen Viert aufweist und ein zweites Paar von Impulsen wechselweise den Leitunger, 5 und 7 aufgeprägt werden, wobei jeder Tmpuls jeweils eine vorgegebene Dauer aufweist und nach einem vorgegebenen Zeitintervall wiederholt wird. Die Regeleinrichtung besitzt nun Mittel, um den Pegel der Eingangsspannung unter Verwendung eines üblichen Schaltkreises in Beziehung zu setzen mit der Wiederholrate bzw. der Frequenz am Ausgang. Sobald die Spannung ar. der Last K. einen angestrebten Wert übersteigt wird die PeriodizitHt bzw. die Frequenz der Ausgangsimpulse verringert. Sinkt dagegen die Ausgangsspannung bzw. die Spannung an der Last R- unter den angestrebtem Wert, so rfird die Frequenz der Ausgangsimpulse erhöht. Mit einem Erhöhen dieser Frequenz wird auch die Energie, die in der Sekundärwicklung S induziert wird, erhöht, so daß die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung ansteigt, während andererseits mit einer Reduzierung der Frequenz die Energie in der Sekundärwicklung abnimmt.

Aus einer genaueren Betrachtung des Schaltkreises wird es klar, daß ein derartiges Ergebnis ohne die Dioden D₁ und D„ und die durch diese Dioden erzeugte Klemmwirkung nicht möglich ist. Ein mathematisch äquivalenter Schaltkreis ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die Wirkungsweise bei fachkundigen Lesern, die mit diesem Typ eines Schaltkreises vertraut sind, analysiert werden kann. Der äquivalente Schaltkreis zeigt einen Spannungsimpuls mit der Amplitude V-, der ähnlich zu der Spannung ist,

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-Μ -

At

die an den Anschlusses der Sekundärwicklung des Transformators T auftritt und eine Dauer von T. hat. Dieser Spannungsimpuls wird einer Seriencchaltung zcgofUhrt, die aus dom Kondensator C, der äquivalent zu dem Kondensator C. der F^;g, 1 ist. sowie aus der Induktivität L besteht.

die äquivalent zu der Streuinduktivität IJ. der Fig. 1 ist, sowie einen Siebkondensator C_f aufweist, der im beschriebenen eingeschwungenen Zustand auf die gewünschte Ausgangsspannung V aufgeladen wird. In der folgenden Analyse wird angenommen, daß der Siebkondensator C- im wesentlichen größer ist als der Kondensator C, co daß die Ausgangsspannung V für die Dauer des Eingar.gsspannungsimpulses V_ als konstant angenommen werden kann. Der Momentanstrom durch den Schaltkreis läßt sich v/ie folgt angeben:

wobei : det "tomenta.'islron. zur Zeit t ist, die eine Variable darstellt, l.'ird mit V ei" Spannung h- 7ⁿi c^ne ϊ, c'i« am Kondensator C anliegt, wenn Her Spaiiiur.gs li.ipuli V^ zugeführt wird, so ist di° Spannung V durch die folgend^ Gleichung

(2) VrV-V-V

SCO

Aus dor Gleichung (i) ergibt sich:

■ ^v-^c

Wnnn V_r die gesamte Ladung in V während dos Anliegens des Spannungs-C* c

impulses ist, ergibt sich:

(4) ÄV_c = 1 I₀ ¹ i dt = V [i - cos (

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(5) V_c = 1/2

- cos

Tm Falle, daß die Dauer dos Impulses V T. ist, wobei dann T. gleich

TT χ >/LC ist, was die Bedingung für einen kompletter. b7x. vollst9i,dig-,"i

halbsinusförnigen Strom darstellt, ergibt sich aus der Gleichung (5)

V = -V , wodurch sich die Gleichung (2) auf die fclgc.de Gleichung reduziert:

(6) V=V ς ο

In der Praxis bedeutet die durch die Gleichung (6) wiedergegabene Re- ziehung, daß die Ausgangsspannung des Wandlers, die an dci Lcist auftritt, zweimal so groß sein muß als die Sekundärspcnnung des Transformators T, die gleich der den Eingangsklemmen des Wandlers zügeführten Spannung ist, und zwar multipliziert mit der Übersetzungsverhältnis des Trans formators T, falls es dem Primärstrom erlaubt ist, e'-r.e vollständige Halb-Sinuswelle auszuführen. Aus den voranstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß der Schaltkreis nicht geregelt werden kenn, was klarer ausgedrückt bedoutet, daß die Ausgangsspannung nicht in Abhängigkeit von der Eingangsspannung durch änderung der Zeit T_ geändert werden kann, da die Ausgangsspannung entsprechend der Gleichung (6) keine Funktion der Zeit T« ist. Dieses Ergebnis ist richtig, wenn die Änderung der Spannung an dem Kondensator (C) nicht begrenzt ist. In diesem Fall steigen jedoch, falls die Zeit T~ zunimmt, die Spannung V sowie der Strom i an bei einem Ansteigen der Eingangsspannung, und zwar in der Weise, daß die Ausgangsspannung proportional zu der Sekundärspannung (oder zu der Eingangsspannung) bleibt, wie dies durch die Gleichung (6) festgelegt ist. Die Spannungsänderung am Kondensator C. ist jedoch begrenzt, wobei die Dioden D. und D„ in der in der Fig. 1 gezeigten AusfUhrungsform diesem Zweck dienen. Die durch die Gleichung (6) gegebene Beziehung ist somit nicht gültig und der Schaltkreis kann daher gegenüber

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Schwankungen in der Eingongsspa-.nung durch einfache Änderung der Zeitdauer T- geändert weiden.

Es wird nun im folgenden ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der dort verwendete Transformator T„ eine Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung, wobei sich die Sekundärwicklung aus zwei l/icklungshälften S- und S- zusammensetzt. Außerdem besitzt der Transformator T- zwei Primärwicklungen P- und P., die elektrisch gegeneinander isoliert sind. Her Transformator T- ist dabei ein üblicher Transformator mit hoher Reaktanz, bei welchem die Sekundärwicklungen lose mit den Primärwicklungen gekoppelt sind. Die Primär-Sekundär-Streuinduktivitäten des Transformators T« sind als zwei gesonderte Induktivitäten dargestellt, die in Serie mit der einen bzw. mit der anderen Sekundärwicklung liegen, wobei speziell die Streuinduktivität LL^ und die Streuinduktivität LL. den Sekundärwicklungen S- bzw. S. zugeordnet sind· Vier als Schalter dienende Transistoren Q₁₁/ Qow Qoi ^υηα< ®λλ' ^v*-^er Dioden D^, D-, D^ und j D-, ein Kondensator C.. und ein zweiter Kondensator C₁, Gleichrichterdioden D- und D.-, Siebkondensatoren C- sowie eine Last, die durch den \ Widerstand R₁ repräsentiert wird, sind in dem gezeigten Schaltkreis j vorhanden und in der dargestellten Weise miteinander verbunden.

Eine Regeleinrichtung RE- besitzt einen Eingang, der über Leitungen 13 und 14 parallel zur Last liegt, um die an der Last anliegende Spannung zu Überwachen. Die Regeleinrichtung RE_ hat vier Ausgänge, wobei jeder Ausgang eine Basis-Emitter-Strecke eines der Transistoren Q₁₁, Q91» Q-. und Qj₁ ansteuert. Diese Ausgänge sind so angeordnet, daß jeweils die Transistoren Q₁₁ und Q.. beide durchgeschaltet oder gesperrt sind und daß in gleicher Weise die Transistoren Q-. und Q~. ebenfalls jeweils beide gemeinsam durchgeschaltet bzw. gesperrt sind. Die Transistoren Q.. und Q₉₁ liegen wiederum elektrisch in Serie parallel zu den Eingangsklem-

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men Π und 12. Ähnlich liegen die Transistoren CL. und Q... in Serie parallel zu den Eingangsklemmen 11 und 12, Die Dioden D₁. und D, bilden eine Serisnschaltung, die ebenfalls parallel zu den Eingangsklenmen liegt, wobei diese Dioden in gleicher Poloritätsrichtung miteinander verbunden sind, d.h. die Anode der Diode D₁. ist mit der Kathode der Diode D, verbunden. Die Kathode der Diode D,. ist dabei mit der Eingangs- klemme 11 verbunden, während die Dioden D- und D_ft in ähnlicher Weise und in gleicher Polaritätsrichtuig eine Serienschaltung zwischen bzw. parallel zu den Eingangsklemmen 11 und 12 bilden und wobei die Kathode

der Diode D₇ mit der Eingangsklemme 11 verbunden ist. Der Kondensator C.. / Al

liegt zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkt des einer. Diodopaares und den gemeinsamen Verbindungspunkt des anderen Diodenpaares.

Die Primärwicklung P_ liegt zwischen dem gemeinsame-, Verbindungspunkt de' Transistorer 0.. und 0 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden D_ und D,, während die Primärwicklung P. zwischen dom g^meinsa^e-Verbindu igspunkt der Dioden D₇ ur.J D-, u.id dem gemeinsamer. Verbi,,dungspunkt der Transistorer O νηά Q₄₁ liegt. F:l·- Fnde bzw. os;i Anschluß der Seku.-idörwlc'iiung Z- ist ober die Diode D„, die Jie in der Fig. 3 dargestellte Polarität aufweist, τ it einein Anschluß des Siebkondensators C- sowie des Lastwiderstandes R. verbunden. Ein Ende bzw. ein Anschluß der Sekundärwicklung S. steht über die Diode D.- mit dem gleichen Anschluß des Siebkondensators C- sowie des I ostwiderstondes R₁ in Verbindung. Der Sekundärkreis bildet somit eine.i üblichen Doppelweggleichrichter, wobei der einfacheren Darstellung wegen ein Doppelweggleichrichter mit einem Mittelanzapf gezeigt ist. Dtr Wandler kann aber auch für die Verwendung eines Brücke.-.gleichrichters, eines Spannungsvervid fachers oder einer orderen, bekannten Gleichrichteranordnung angepaßt werden.

Die 'Wirkungsweise der AusfUhru.insform gemäß Fig. 3 ist ähnlich zu der der

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Fig. 1. Die Eingangsgleichspannung wird den Eingangsklemmen 11 und 12 zugeführt, wobei der positive Pol der Eingangsspannung an der Eingangsklemme 11 anliegt. Es wird zunächst angekommen, daß alle Transistoren Q-. bis Q... sich im nichtleitenden Zustand befinden. Die Uegeleinricbtung i:E_o führt den Basen der Transistoren Q.. und CL. einen Impuls zu, wodurch diese Transistoren in den leitenden Zustand geschaltet werden. Hie durch tritt ein StromfluQ von der Eingangsklemme 11 über den Transistor Q.., die Primärwicklung P„, den Kondensator C.., die Primärwicklung P. und den Transistor Q₄.. Über die Eingangsklemme 12 zurUck an die Spannungsquelle auf. Nach Beendigung dieses von der Regeleinrichtung RE₀ gelieferten Impulse kehren die Transistoren Q... und Q.- in ihren nichtleitenden Zustand wieder zurUck. Da der Kondensator C.. an die

Al

Streuinduktivität des Transformators T2 angepaßt ist, entspricht die Wellenform des Stromes, der bei durchgeschalteten Transistoren Q, und Q.. auftritt, einer Sinus-Halbwelle. Im Anschluß daran liefert die Regeleinrichtung RE₉ einen Impuls an die Basen der Transistoren CL- und CL.. Hierdurch erfolgt ein Stromfluß von der Eingangsklemme 11 durch den Transistor CL,, die Primärwicklung P._# den Kondensator C.., die Primärwicklung P_ und den Transistor CL. über die Anschlußklemme 12 zurück ar. die Spar.nungsquelle. Auch hierbei entspricht wiederum die ' Form des Stromes einer sinusförmigen Halbwelle, wobei der Strom durch die Primärwicklungen P_ und P. in einer Richtung fließt, die entgegen- '

ο A- 1

gesetzt ist zu der Lichtung das Stromes, der bei durchgeschalteten Transistoren Q... und Q.. auftrat. Die Spannung an den Primärwicklungen wird in eine Spannung an den Sekundärwicklungen transformiert, die (Spannung)! au den Sekundärwicklungen gleich ist der Primärspannung multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen. Die Sekundärwicklungen sowie die Gleichrichterdioden D₀ und D-_ arbeiten als Doppelweggleichrichter, und zwar in gleicher Weise wie die entsprechenden Dioden in Fig. 1, um eine Spannung am Siebkondensator C, sowie an dem Lastwiderstand R, zu erzeugen. Die Dioden Dg, D., D_

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und D₀ dienen dazu, die Spannung om Kondensator C., ru klemme:·! bzw· zu ο Λ1

begrenzen, und dienen daher dem gleicher Zweck wie Dioden D. und Π_ der AusfUhrungsform genoß Fig. 1. V/ird daher die Spannung σ·? Kondensator C , die auch an den Dioden D- und D- anliegt, posHivci als die Spannung cn der Eingangsklemme 11, se wird die Diode 7 leitend υ ic* begrenzt dche· diese Spannung. In ähnlicher Weise wird die Diode D, zur Begrenzung der Spannung am Kondensator C.. leitend, wenn die Spannut.g or, den Dioden D- und D- negativer wird als die Spannu.-.g an der Anschlußklemme 12.

Wie im Zusammenhang mit dem eisten AusfUhmngsbcispicI bereits beschrieben wurde, wird die Regeleinrichtung Fi E„, die in Form eines Blockdiagrammes dargestellt ist, von Üblichen Schaltkreisen gebildet und wirkt so, um den Spannungswct, der Über die Leitungen 13 und 14 an den Lastwiderstand R. festgestellt wird, in eine festgelegte Periodizitüt, Folgefrequenz oder Frequenz umzusetzen, mit der die Impuls sei ie in BasisanschlUssen der Transistoren zugeführt wi'-J. Erhöht sich die Spannung an dem Lastwiderstand RI, so wird die Periodizitüt ode¹- Folgefrequenz der Impulse reduziert, was dann zu einer Verringerung der Spannung führt, während in umgekehrter Weise bei einem Absinken der Ausgangsspannung am Lastwiderstand UI die Folgefrequenz der Impulse erhöht wird. Da die Streuinduktivität des Transformators de« oben beschriebenen Zweck . dient, wird keine gesonderte große Induktivität fUr Wanderfeldröhren- ^! Verstärkereinrichtungen benötigt. Darüber hinaus beträgt der Spitzen- ^! strom durch die Transistoren Q. und CL bei der AusfUhrungsform gemäß Fig. 1 nunmehr '«"/2 I.... Dieser Spitzenstrom ist dabei um den Faktor ■ (It/4) niedriger als bei der früheren Schaltung. Dies bedeutet, daß die Ausgangsleistung des Schaltkreises um den Faktor (4/Ir) oder aber um 27 % bei einer vorgegebenen Transistornennleistung gesteigert werden kann. Weiterhin werden die Transistoren Q. und CL von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand nur bei einer Vervollständigung des halbsinusförmigen Stromwrlaof·· geschaltet, wenn die Kollektor ströme nahezu

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.tr.

'!ull sind, wcd'!c> d¹*^ Lc ib tLv.gsvurluste in den ScholttrCüS-'storan W'i«:.tlich reduziert werden und ir gleiche·ι Weise der V/i-kurgsgrad des Γ?] o'c^r.pn .,,ι. .g^wa.idlc ·^, bzw. bei der GIe ichspannungswar.c'iung wesentlich erhöht wird, Do sich './eitcrh; , d i v- iiiiusfcrmiger. Ströme in den Tra..sisto'c ·, Q. UiJ CU relativ langsom ändern, woi-den die plötzlicher, übergänge 7WiSC^e hohem Strom und Stromfluß "lull" vermieden, wie sie Li fi'Jhp. ve '.geschlagener. Gleirhspoiir.ungswandleri-. auftraten. Durch die rampeitfüi n; g<; h7w, sögezahnfurmige V.'ellenform fUr den Ctron; wird die Erzeugung von elektromcgnetischer·. Störungen stark reduziert und außerdem \r'6\ ·-£·, die Ansteuerkreise für die Basen der Transistorer, im Umfang und ir-; ihrer Komplexität reduziert we~den wegen der besseren Arbeitsbedingungen für die Transistoren Q. und CU. Obwohl die Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3 in ihrer Ausbildung etwas komplizierter ist, besitzt diese AusfUhru:gsform bei vorgegebener ^r!t>nnlei stung für die Transistoren eine nörliche Leistung, die zweimal so groß ist wie die der Ausführungsforni gcrüß Flg. 1. Dies; ist darauf zurUckzufUhrei., daß beide Ausf'lhrungsforme,. gemrß Fig. 3 die P;imärspannung des Transformators gleich der Ei.igaiigsglcichspannung ist, während bei der Ausführur.gsform gemäß Fig. die P-i"ir: spannung am Tiansformator nur die Hälfte dei Eingangsgleichspannung beträgt. Vorzugsweise machen die verwendeten Transformatoren Geh auch νο,ι eine Wicklungskonstruktion mit vielfach Ubereinandergeschichteten Sekundärwicklungen, um auf diese Weise die effektive Kapazität dei Sekundärwicklung zur Masse zu reduzieren und gleichzeitig Corono-Effel'tc in der Isolation der Sekundärwicklung ζυ vermeiden, wenn anstelle einer Wechselspannung eine Gleichspannung anliegt.

Eine Ausfuhrungsform der Kegeleinrichtungen κΕ. und "E« gemäß den Fig. und 3 ist in Fig. 4 im Blockdiagramm dargestellt, wobei die zugehörigen Wellenformen von Spannungen und Strömen, die in diesem Zusammenhang zu betrachten sind, in Fig. 5 dargestellt sind.

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Tn diesem Schaltkreis liegt ein Widerstand Ά] in Serie mit eimern Wide stand !!? parallel zu de:' El,iga,,^sklomme;i 3 und 4, um auf diese Weise einen Spannungsteiler ζυ bilden. Eine Uegelein'-ichtung :EG ist mit ihrem Eingang on dem Verbindungspunkt zwischen den Wide^rstünden ΓΠ und ..2 angeschlossen, während der Ausgang dieser regeleinrichtung Über einen Widerstand T»3 mit einem ersten Eingang des AMD - Gatters Af¹ID 1 sowie mit einem Anschluß des Kondensators Cl verbunder, ist. Der andere Anschluß des Kondensators liegt an der Eingangsklemme 3. Die !regeleinrichtung F;EG wi~d von ei TPm übliche ., kommerziell erhältliche Regler iü integrierte Ausführung, beispielsweise vom Typ 7?3 gebildet. Ein Transistor Qr, vorzugsweise des i !P'!-Typs, ist mit seii.em Emitter mit der Eingnngsklemme 3 verbunden, während Je- Kollektor dieses Transistors Über einen widerstand ;4 an du" este; Eingang des AND-Gatters AMD I angeschlossen ist.

De" Schaltkreis enthält weiterhi;, drei ^onostabile Multivibrotoren, die mit MONO 1, MOM 2 u-id HO !0 3 be7"ich,,et sind. Diese nonostabilen Multivibvntc"e'~ rVc^lon 'Jblich? logische Schultelenente dar, die ein Ausoo^ssignal liefern, welches oinc-i c^z^i- stob· Ic-, Zustar.d rop^cuü,;tiert, die jedoch bc^; einur Triggo^u ,g du ch aiüC Elngongsspni,iung ih- Au?- ga.ngssignal bzv;. ihren Ausqor-rj ?.. ei:.ei. zweiten, unstabile,. Zustand un-^chnltc , ii. i.'clchtiir dt; ι bctr^ffciidc ro.-,o-tob:l.c Mu) t'v'b'nto·. viHhvcnd eine¹" festgelegten Zeitp·; In-J^ bzvi. Dnufc. verbleibt, .^Jie durch vite.T.e Zt; übest I !Tin«.. Jc Eleme.ite festgelegt ^;s⁺ vfnd dc-v. : ι du.; oritc J.h. [,. de stabile·; Zu s tr id 7-j-^:.!ς''!;υΗ rt. Öle Zc^ ':pe viode, v;Hh*-c"'d de- jode·: de. HuIt 'vibratoren im d.-is+h't'1 "!■· Zm <·. t mc' ■··: bleibt, iot i.idividuell festgelegt, '.;m die .-.nchfolgc .d bc^ch-i ebeno- Fuikt io:en zu errr»ichr»-, DarUbcr hi:,au; bet Hcv· ronnstT^ Π c Multivibrator MO-IO 1 zw*?i Ausgänge ^Λ. υ.:! \, die unh-jr^ch iedl ich i;i der PHa^r»e si -d, <J.h, die Auoga gsspannung o.i <:.'. κ-m Ausga.'ig ist ei.ic !vuhcspa.niu.-ir;, wenn die an cnJuroi'i '.uocja.ig ei.,^ -.ic ! Ljv. Zpr.-.rMnn ':.^f.

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_BAD

-jr.

Do: Au^r>ga. g 1οι Gottcrs AiD 1 ist verbu.cO:! n5t 'Jem Trigger-Ei gang des -nsnoctfibilc.". Multivibrators ΜΟ^:\Ό 1. Dc. e*"sts Ausgang A des mo.ioitthilfc.-. Multivlb:-otor5 Mⁿ"ⁿ 1 ist verhüte ί mil dum T: igge---Ei..ga .g uV. -c.:c. ^:·..'-!Ι- Muilvib;-atoroii ΜΟΊΟ 2 u.id MONO 3 sowie mit dom Eingang ei..ti αϊ; fllp-Flnp wi~ke;-,oci\ Multivibrators J-K. V.'ie in Fig. 4 weiterhin -Jf-g;3toilt lot, cteht de: Ausrja,,q des Multivibrator MOMO 2 mit :'i^r reciter- Eingang Je^ A''D-Gcttt »s A¹ID 1 in Verbindung, während der Ausga.-.g da- monoetabiiei. Multivibrators MOMO 3 on die Basis des Schalttransistori Qr₀

r>.i. Fl Ip-Fiep J-K ist ei:· ''bliche, bistabiler Halbleiterschaltf-reis, der zwei Aiisga;igsz»-'stündo aufv/ei?t, in welche er du veh Eingangsimpulse ge-3t-t7t b^w. gebracht werde ί kann, wobei ein erster Eingangsimpuls diesen Schaltkreis in don erster. Zustand schaltet und der nächste Impuls den Scholtkreis in den zweiten Zustand UberftJhrt. Der Flip-F'op besitzt zwei ,Vjsgär-.gc, die mit Q und Q bezeichnet sind, die wiederum entgegengesetzte Phase aufweise;., d.h. di<? Spcr-iu.ig an dem eiiie.-. /ju&gang besitzt c i.e.. große·., '.,'ort, wenn an dem anderen Ausgang eine niedrigere ipni·.: ι· ,g onliegt, was ebenfallü ei.iw Übliche Eigenschaft derartiger Flip-Flops ist. Der in der Fig. 4 gezeigte Schaltkreis besitzt dorUber hinaus zwei Übliche : !A"-!D-Gattcr, die mit NAND I und '!AND 2 bezeichnet si;id. der zweite Ausgang A des monostabil c*. Multivibrators MO¹¹JO 1 is+ r-it üi.'.em erster, Ei..ga,-,g jedt-s der '.. :D-Gatter ^AND 1 und NAuD 2 verbunden. De" erste Au«gong Q des Flip-Flops J-K steht mit ei;.em <.^rstts: Ei,.go,.g du ';AJD~Gattörs ','D 1 iri Verbindung, während der andere alternierende Ausgang Q des Flip-Flops J-K mit einem ersten Eingang d^o 'i/\iD-Gatters MAND 2 verbunden ist. Die Ausgange der NAND-Gatter ί·l/VJD 1 υηΔ NAMD 2 liefern Ausgangssignale, die die Ausgangssignalc des gesamten .^r:egt;l5chaltkroi ses darstellen, wobei diese Ausgangssignale Übe/ Isolations- bzw. Tienr.trai.sfoimatoren, die nicht, naher dargestellt sind, in Basisanschlllssen der Schalltransistoren in den Fig. 1 und C

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zugeführt werden. Beim Betrieb liegt nr den Eingangsklemmen 3 und 4 die Spannung E_# d.h. die Ausgangsspannung des Wandlers, die geregelt werden soll, wobei diese Spannung zwischen du<. '.Widerstünden i>l und R2 aufgeteilt wird und ein Teil der Spannung entsprechend dem Spannungsabfall am Widerstand Ί12 dem Eingang des Reglers ^EG zugeführt wird. De*· Regler bewirkt ein Laden des Kondensators C1 Über den Widerstand 3. Die Polaritäten sind dabei so gewählt, daß der Kondensator CI langsamer geladen wird, wenn die Eingangsspannung E größer ist als ein vorgegebener Nominalwert, und in dieser Situation muß der Inverter bzw. Wechselrichter die Frequenz der Wechselrichter-Impulse reduzieren.

Im Zusammenhang mit dieser Beschreibung wird avf die in den Fig. 5a bis 5k gezeigten Wellenformen verwiesen, ir, denen der Kegelvorgang dargestellt ist. Es wird nun angenommen, daß aufgrund eine⁷" Spannungssturung der Wert der Spannung E am Zeitpunkt T₁ ansteigt. Figur 5a zeigt den Spannungsverlauf am Kondensator CI bei einer solchen Spannungsstörung im Zeitpunkt T-. Sobald die Spannung am Korde-¹ srtor CI einen vorgegebenen Schwellspannungspegel erreich+, wi-d der mo .ostabile Multivibrator MONO 1 in seinen unstabilen Zustand getriggert, angenommen, daß der Ausgang des monostabilen Multivibrators MO IO 2 sich auf hohem Spannungsniveau befindet. Die Figuren 5d und 5e zeigen die Spannungen an den Ausgängen A bzw, Ä des monostabilen Multivibrators MONO 1, einschließlich der Zeitdauer T~ am Ausgang Λ, ir welcher (Zeitdauer) sich der monostabile Multivibrator MOiJO 1 in seinem unstabilen Ausgangszustand befindet. Im Anschluß wird der monostabile Multivibrator MONO 2 in seinen unstabilen Zustand geschaltet durch den übergang des Ausgangssignales am Ausgang A des monostabilen Multivibrators MONO 1, welcher Ausgang A von einem hohen Spannungswert auf einen niedrigen Spannungswert Übergeht, was dann auftritt, wenn der Monostabil· Multivibrator MONO 1 zu seinem ersten stabilen Zustand zurück-

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kehrt. Beim Umschalten des monostabilen Multivibrators MOMO 2 in dessen unstabilen Zustand wechselt der Ausgang C von einex hohen Spannung auf eine niedrigere Spannung, und zwar für eine vorgegebene Zeitdauer T., wie dies ir Fig. 5c dargestellt ist. Das Signal des Ausgangs C des monostabilen Multivibrators MONO 2 wird einem Eingang des AND-Gatters AI© 1 zugeführt.

Das AMD-Gatte, liefert lediglich dann eine Ausgangsspannung bzw. oin Ausgangssignal mit hohem Spannungspegel/ wenn an beider, Eingängen ein Signal mit hohe¹- Spannung anliegt, während bei einem Fehlen eines Signals brw. bei einer niedrigen Spannung an einem der Eingänge das AMD-Gatter AiJD 1 während des Zeitintervalls T^ kein Ausgangssignal liefert und auf diese V/eise verhindert, daß die Spannung am Kondensator CI erneut zu ei.ier Triggerung bzw. Schaltung des monostabilen Multivibrators MONO I fü·- -t_t wclhre-c! Jc: moiiostabile MultivibratorsMONO 2 sich in seinem unstabiler. Zustand bofir. H ct.

^i⁰C fuhrt dazu, da.T ci:".c rcir.imcle Zeit zwischen aufe ina'.ide-'f olgen Impulsen festgelegt ist und daß diese minimale Zeit unabhängig sowohl VO, de Spnrvu.ig E an de.. Eingangsklemmen des Schaltkreises als auch ; von der Spannung am Kondensator Cl ist. Diese Wirkungsweise schließt j jede Möglichkeit eines Einschaltens des zweiten Schalttransistors (L· ' in dem in Fig. 1 gezeigten Gleichspannungswandler aus, bevor der erste Schalttransistor Qi völlig abgeschaltet ist, um auf diese Weise eine mögliche Ze^rstörung bzw. Beschädigung des Schaltkreises zu vermeiden. Die positive Flanke bzw. der positive übergang des Ausgangssignales am Ausgang A des monostabilen Multübrators MONO 1 zu der Zeit, an der die Spannung von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel Übergeht, steuert den monostabilen Multivibrator MONO 3 in seinen unstabilen Zustand für eine vorgegebene Zeitdauer T., wie dies in Fig. 5d dargestellt ist. Du ch das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators

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MOi¹JO 3 wird de ν Transistor Qr positiv vorgespannt, so da.^ der Transistor Qr duichscW-tet und einen Stromkreis schließt, der den Kondensator CI und den Widerstand IM enthält, um auf diese Weise der. Kondensator CI zu entladen. In seinem entladenen Zustand ist der Kondensator vorbereitet für den nächsten Zyklus bzw. fUr ein Arbeiten im nächsten Zyklus.

Durch einen positiven Übergang, d.h. durch einen Übergang vo.i einer niedrigen Spannung zu einer hohen Spannu vg am Ausgang A des monostabilen Multivibrators MONO 1 wird der Flip-Flop J-K abwechselnd gesetzt und zurückgesetzt. Die Wellen- bzw. Signalformen der Fig. 5f und 5g zeige : die beiden Ausgangssignale an den Ausgängen Q und Q dieses Flip-Flops..Die Ausgangssignale Ä des monostabilen Multivibrators MOiIO 1 und das Ausgangssignal Q des Flip-Flops bilden die beiden Eingangssignale fUr das NAND-Gatter NAND I. Falls beide Eingangssignale einen niediigen Spannungspegel aufweisen bzw. Null sind, liefert das : !AND-Gatter MAND 1 ein positives Ausgangssignal, wie dies in Fig. 5h dargestellt ist. In gleicher Weise s^: ! die Ausgänge Ä des monostabilen Multivibrators MOtJO 1 und G des Flip-Fiops J-K mit den beide entsprechenden Eingängen des MAMD-Gatters MAND 2 verbunden. Auf diese V/eise liefert das NAND-Gatter NAMD 2 ein Ausgangssignal mit hohem Spannungspegel, wenn an den beiden Eingängen dieses NAND-Gatters eine niedrige Spannung anliegt, wobei das Ausgangssignal des NAND-Gatters NAND 2 durch die Signalform in Fig. 5j dargestellt ist. Die Ausgangssignale des Schaltkreises, die an den Klemmen 5 und 7 abgenommen werden können,! können mit üblichen Schaltungsmitteln verstärkt werden, und werden vorzugsweise über einen Transformator zur Erzielung einer Gleichspannungsisolation bzw.kzur Unterdrückung des Gleic hspannungsanteiles den entsprechenden Basisanschlüssen der beiden Schalttransistoren QI und Q2 des Gleichspannungswandlers gemäß Fig. 1 zugeführt. Hierdurch wird in dem Transformator des Gleichspannungswandlers ein Strom erzeugt, dessen Form bzw. Verlauf in Fig. 5k dargestellt ist. Wie in Fig. 5k deutlich

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gezeichnet ist, wächst der Abstand zwischen den Stromimpulsen nach dem Zeitpunkt, an dem bei T₁ eine Spannungsstörung aufgetreten ist. Es wi"d darauf hingewiesen, daß der beschriebene Schaltkreis in der praktischen Ausführung vorzugsweise herkömmliche Mittel aufweist, um Uberstrom-Spitzen zu unterdrücken, sowie andere herkömmliche Sicher-j

heitsmittel enthält, die nicht näher dargestellt sind, um den Schaltkreis in einer möglichst klaren Weise darzustelen bzw· zu beschreiben.

Es wird angenommen, daß die obige detaillierte Beschreibung von zwei : Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung ausreichend ist, um einem Fachmann das Verständnis und die praktische Anwendung der Erfindung zu ermögli- | chen. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung selbstverständlich

nicht auf diese lediglih zur Erläuterung im Detail dargestellten Aus- j fUhrungsformen beschränkt ist, da viele Variationsmöglichkeiten der

Erfindung, Verbesserungen und Ergänzungen durch äquivalente Elemente durch einen Fachmann vorgenommen werden können, nachdem er diese An- | meldung gelesen hat, wobei alle derartige Verbesserungen Ergänzungen ι usw. von der Erfindung mit eingeschlossen werden. Es versteht sich dahejr auch, daß die Erfindung breit, d.h. im vollen Umfang der nachfolgenden Ansprüche auszulegen ist.

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Claims

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Patentansprüche

ι 1. Gleichspannungswandler mit wenigstens einem übertrager bzw. Transformator, der zumindest eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung sowie einj lose Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zur Erzielung einer Streuinduktivität aufweist, mit einer Gleichrichtereinrichtung an der Sekundärwicklung zur erzielung einer gleichgerichteten Ausgangsspannung, mit wenigstens einem Siebkondensator am Ausgang der Gleichrichtereinrichtung zur Glättung der Ausgangsspannung, mit Ausgangsklemmen zum Anschluß einer vorzugsweise parallel zum Siebkondensator liegenden elektrischen Last mit Eingangsklemmen zum Anschluß des Wandlers an eine Gleichspannungsquelle, deren Spannung in eine vorzugsweise unterschiedliche Gleichspannung umgewandelt werden soll, sowie mit elektronischen Schaltmitteln zur Erzeugung eines Wechselstromes in der Primärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Kondensator (C., C₄₁) im Pri-

a ^N A Al

märkreis des Transformators vorgesehen ist, daß dieser weitere Kondensator durch die elektronischen Schaltmittel periodisch und wechselweise in einem ersten Zeitintervall T in einer ersten dichtung und in einem darauffolgenden zweiten Zeitintervall T in einer zweiten, entgegengesetzten liichtung aufgeladen wird, wobei im Ladestromkreis dieses weiteren Kondensators (C., C..) die Primärwicklung (P, P , P ) des Transformators (T, T„) sowie die mit den Eingangsklemmen (l, 2, 11, 12) verbundene Gleichspannungsquelle liegen, daß der weitere Kondensator (C , C .) in seiner Größe in Anpassung an die Streuinduktivität (LL, LL , LL ) des Transformators (T, T), in Anpassung an die elektrische Impedanz der elektrischen Last (ü ) und in Anpassung an den Siebkondensator (C-.., C.^; C.) so angepaßt ist, daß

der Strom durch die Primärwicklung (P; P_, P.) zumindest über einen

ο 4·

Teil des jeweiligen Zeitintervalle^ (T) die Form einer Sinus-Halbwelle aufweist, daß wenigstens eine Klemmdiode an dem weiteren Kondensator (C,, C_Al) vorgesehen ist, um die am weiteren Kondensator anliegende

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ORIGINAL INSPECTED

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tor anliegende Spannung auf einen Wert zu begrenzen, der kleiner ist

' 11,12) als der Wert der Spannung, die an den Eingangsklemmen (1, 2,/anliegt, und daß eine Regeleinrichtung/vorgesehen ist, die mit den elektronischen Schaltmitteln (Q,, Q₀; Q₁₁, Q₀₁, Q₀₁. Q^₁) in Verbindung steht,

I ί M /I Ol 41 um das jeweilige Zeitintervall(T) und/oder die Periodizität als Funktion des an dem Siebkondensator anliegenden Spannungspegels zu steuern, um diesen Spannungspegel auf einen vorgegebenen konstanten Wert unabhängig von ev. Spannungsänderungen an den Eingangsklemmen (1, 2_//zu halten.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (REI, RE2) das jeweilige Zeitintervall (T) als Funktion der an der Last (R₁) anliegenden Spannung ändert, wodurch der an den Siebkondensatoren anliegende Spannungspegel in seiner Größe

11 12) relativ zu der an den Eingangsklemmen (I₇ 2» liegenden Spannung geändert werden kann.

3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (REI, RE2) die Periodizität des Ladestrons für den zusätzlichen Kondensator (C , C.) im Primärkreis des Transformators (T, Tp) als Funktion der an der Last (R-.) anliegenden Spannung ändert, wobei das Zeitintervall (T) bzw. die Ladedauer in wesentlichen konstant gehalten wird.

4. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Transformators eine erste Serienschaltung bestehend aus ersten Gleichrichtermitteln (D₀) und aus wenigstens einem Siebkondensator (C_rl) sowie eine zweite Serien-

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schaltung bestehend aus zweiten Gleichrichtermitteln (D.) und wenigstens einen Siebkondensator (C_fO) vorgesehen sind, wobei die erste sowie zweite Serienschaltung jeweils quer zur Sekundärwicklung (S) des Trans-

fornators (T) liegen, und daß der Siebkondensator (C,..) der ersten Serienschaltung sowie der Siebkondensator (C_f«) der zweiten Serienschaltung einen gemeinsamen Verbindungspunkt aufweisen, der «it einen Anschluß der Sekundärwicklung (S) verbunden ist, und daß die ersten und zweiten Gleichrichtermittel (D,. bzw. 0.) entgegengesetzt gepolt sind, um einen Stromfluß durch die Sekundärwicklung (s) in einer ersten Richtung und in einer der ersten entgegengesetzten zweiten Richtung zu ermöglichen.

5. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Primärkreis des Transformators (T) quer zu den Eingangsklemmeη (1, 2) eine dritte Serienschaltung bestehend aus zwei Kondensatoren (C_D, C-) mit im wesentlichen gleichen Wert sowie

D L

eine vierte Serienschaltung bestehend aus zwei Gleichrichterdioden (D., D«) vorgesehen sind, wobei beide Dioden gleich gepolt sind, und daß der zusätzliche Kondensator (C ) mit einem Anschluß an dem Verbindungspunkt der Kondensatoren (C_R/ C-) der dritten Serienschaltung und mit seinem anderen Anschluß an dem Verbindungspunkt der beiden

Dioden (D₁, D₀) der vierten Serienschaltung angeschlossen ist, daß

dem der Verbindungpunkt der beiden Dioden (D., D₂) weiterhin mit/einen Anschluß der Primärwicklung (P) verbunden ist, daß erste sowie zweite elektronische Schaltmittel (Q₁ und CU) vorgesehen sind, wobei die ersten elektronischen Schaltmittel im Stromkreis zwischen dem anderen Anschluß der Primärwicklung (P) und der einen Eingangsklemme (i) liegen, während die zweiten Schaltmittel (Q₀) im Stromkreis zwischen dem anderen Anschluß der Primärwicklung (P) und der anderen Eingangsklemme (2) angeordnet sind, daß durch die Regeleinrichtung (REi) die Schaltmittel jeweils wechselweise für eine vorgegebene Periode und/ oder mit einer festgelegten Frequenz von dem nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand umgeschaltet werden.

6. Gleichspannungswandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (.*E1, i.E2) die Periodendauer und/oder die Folgefrequenz reziprok zum Wert des an der Last (i.l) und/oder an dem bzw. den Siebkondensator (n) (C_f,/ C-„, C^) anliegenden Spannungspegel ändert,

7. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (S3, S4) zwei äußere Anschlüsse sowie einen Mittelanzapf aufweist, wobei zwischen den äußeren Anschlüssen und dem einen Anschluß eines Siebkondensators (C-) jeweils Gleichrichtermittel (D_Q, D,_o) liegen und der andere Anschluß des Siebkondensators (C-) mit dem Hittelanzapf der Sekundärwicklung (S„, S.) verbunden ist.

8. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Transformators (T_) in zwei Teilwicklungen (P_, P.) unterteilt ist, daß quer zu den Eingangsklemmen (11, 12) eine fünfte sowie eine sechste Serienschaltung bestehend jeweils aus zwei wechselweise angesteuerten elektronischen Schaltmitteln (Q-!,/ Qo₁; CL-i/ Q41) sowie zwei vierte Serienschaltungen bestehend jeweils aus zwei Klemmdioden (D,., D,; D^, D_fl) vorge-t· sehen sind, wobei ein Anschluß der ersten Teilwicklung (P^) mit dem Verbindungspunkt zwischen den elektronischen Schaltmitteln (Q₁W der fünften Serienschaltung und der andere Anschluß der ersten Teilwicklung (P„) mit dem Verbindungspunkt zwischen den Klemmdioden (D_,

D ) der einen vierten Serienschaltung verbunden ist, während der eine 6

Anschluß der anderen Teilwicklung (P*) mit dem Verbindungspunkt der Klemmdioden (D-., D₀) der anderen vierten Serienschaltung und der andere Anschluß der anderen Teilwicklung (P.) mit dem Verbindungspunkt der elektronischen Schaltmittel (CLw Q₄₁) der sechsten Serienschaltung in Verbindung steht, und daß der zusätzliche Kondensator (C^) mit seinen Anschlüssen zwischen den

Verbindungspunkten der Dioden (D₅, D,; Dy, D„) der beiden vierten Serienschaltungen liegt.

9. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel Transistoren (Q₁, Q₂, Q_11# Q₂₁, Q₃₁, Q₄₁) sind.

10· Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (RE., RE«) zwei Ausgänge (5, 7; 16, 15) aufweist, die zeitlich gegeneinander phasenverschobene Steuersignale liefern, und daß ein Ausgang (5, 16) jeweils mit wenigstens einem Steuereingang eines elektronischen Schaltmittels, z.B. mit der Basis eines Transistors (Q₁, Q₉W Q01) ^un<^ der andere Ausgang (7, 15) mit dem Steuereingang wenigstens eines anderen elektronischen Schaltelementes, z.B. mit der Basis eines Transistors (Q₉; Q.._r Q..) verbunden ist.

11. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daßdie Regeleinrichtung (RI, R2) einen ersten sowie einen zweiten Schaltkreis aufweist, wobei der erste Schaltkreis in Abhängigkeit von der ander Last (Ri) anliegenden Spannung ein sich periodisch änderndes Schaltsignal liefert, dessen Periodendauer bei einer Erhöhung der Spannung an der Last (Ri) zunimmt, und daß im zweiten Schaltkreis Mittel vorgesehen sind, die an einem ersten Ausgang (5, 16) der Kegeleinrichtung dann ein Steuersignal für die einen elektronischen Steuermittel (Q.,* CU., CL,) liefern, wenn das Schaltsignal erstmals einen bestimmten Spannungspegel erreicht hat, und die an einem zweiten Ausgang (7, 15) der Regeleinrichtung dann ein Steuersignal fUr die anderen elektronischen Schaltmittel (CU; Q.., Qj₁) liefern, wenn nach einer vollen Periodendauer des Schaltsignals dieses wiederum den bestimmten Signalpegel erreicht hat, wobei die Zeitdauer

der Steuersignale unabhängig von Änderungen der Periodendauer des Schaltsignales ist und wobei ein Steuersignal an dem ersten Ausgang nur dann anliegt, wenn am zweiten Ausgang der Kegeleinrichtung kein Steuersignal vorgesehen ist.

12. Gleichspannungswandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Steuersignale kleiner ist als die Periodendauer, die das Schaltsignal dann aufweist, wenn die Spannung an der Last (R.) einen vorgegebenen Sollwert besitzt.

13. Gleichspannungswandler nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltkreis einen Ladekondensator (C₁) mit Ladewiderstand (k„) besitzt, und daß das Schaltsignal am Ladekondensator

(C₁) entnommen wird.

14o Gleichspannungswandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schaltkreis parallel zum Ladekondensator (C₁) eine Serienschaltung bestehend aus einem Entladewiderstand (R.) und einem elektronischen Schalter , z.B. Transistor (Qr) vorgesehen ist, und daß der elektronische Schalter (Qr) jeweils dann zum Entladen des Ladekondensators (C.)/den Entladewiderstand (R^) durchgeschaltet wird, wenn der Signal-Schwell-Wert am Ladekondensator (C₁) erreicht wurde.

15o Gleichspannungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal dem Steuereingang eines monostabilen Multivibrators (MONO 1) zugeführt wird, welcher bei Überschreiten des Signal-Pegels an einem ersten Ausgang (A) ein Signal vorgegebener Periodendauer liefert, welches den Steuereingang eines Flip-Flops (J-K) zugeführt wird, dessen beide Ausgänge (Q, Q* ) jeweils bei Auftreten eines Signals an dem ersten Ausgang (Α) des monostabilen Multivibrators(MOHO 1) im Gegentakt umschalten, und daß der

zweite, komplimentäre Ausgang (Α) des Multivibrators (MONO l) mit den ersten Eingängen zwder ,ΛΑιO-Gatter (iJADI, i>!Ai>ID 2) verbunden ist, während die beiden Ausgänge (Q, Q) Flip-Flop jeweils mit ei nem zweiten Eingang eines der beiden rUiO-Gatter (,-iAJD 1, ιJAiJD 2) verbunden sind, die an ihren Ausgängen die Steuersignale liefern.

16. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale .\echteck-Impulse sind.