DE2834029C2 - Schutzeinrichtung gegen Überschläge in einer Senderschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Eine solche Schutzeinrichtung ist bekannt aus der deutschen Patentschrift Nr. 12 86 597. Darin wird auf eine Anordnung Bezug genominen, bei der von einer Gleichspannungsversorgung mit Beruhigungskondensator eine Senderöhre gespeist wird. Bei einem Überschlag in dieser Röhre besteht die Gefahr, daß sich die Kondensatorenergic über die Übcrschlugstclle entlädt.

Deshalb ist ein Entladekreis für den Beruhigungskondensator vorgesehen, der parallel zu dem Beruhigungskondensator ein Ignitron enthält, das gezündet wird, wenn der Strom, welcher der Röhre zugeführt wird, einen Schwellwert überschreitet Zugleich wird die Gleichspannungsversorgung abgeschaltet

Im übrigen ist es bekannt, bei Vorhandensein von mehreren Energiespeichern oder mehreren zu schützenden Röhren in einer Schaltungsanordnung jedem

ίο der Energiespeicher bzw. Röhren eine zündbare Entladungsstrecke zuzuordnen. Damit steigt zwar die Schutzwirkung für die zu schützenden Bauelemente der Schaltung, gleichzeitig nimmt aber auch der Aufwand für die Schutzeinrichtungen zu.

Aus der deutschen Patentschrift 12 18 557 geht eine tvlodulationsschaltung einer Hochleistungssenderendstufe hervor, bei der gleichstrommäßig in Reihe zur Senderöhre eine pulsdauermoduliert schaltende und mit einem Tiefpaß verbundene Schaltröhre mit parallel geschalteter Freilaufdiode geschaltet ist. Die darin antiparallel zum Ventil C geschaltete Hilfsröhre dient jedoch nicht als Schutzmaßnahme gegen überschlage in der Schaltröhre oder in der angeschlossenen Senderendstufe, sondern zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades und einer hohen Linearität der Modulationskennlinie.

Bei einer Senderschaltung, bei welcher der Senderöhre gleichstrommäßig eine Schaltröhre vorgeschaltet ist, die pulsdauermoduliert geschaltet ist und zu der eine Speicherdrossel in Serie und eine Freilaufdiode parallel geschaltet ist. ist bereits eine vereinfachte Schutzeinrichtung benutzt worden. Dabei ist auf eine Entladungsstrecke für die Siebmittel der Gleichspannungsversorgung verzichtet worden und man hat sich damit begnügt, bei einem Durchschlag in der Senderöhre die Schaltröhre zu sperren. Dabei ist davon ausgegangen worden, daß die meisten Überschläge nicht in der Schaltröhre, sondern in der Senderöhre stattfinden.

Insbesondere für Sender sehr hoher Leistung hat es sich jedoch herausgestellt, dcß das Zerstörungsrisiko mit einer derart einfachen Schutzeinrichtung zu groß ist. weil es auch vorkommen kann, daß die Schaltröhre allein durchschlägt oder sogar beide Röhren gleichzeitig durchschlagen. Bei Röhren sehr hoher Leistung würde dies zum Verlust hoher Werte führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für eine Senderschaltung mit gleichstrommäßig hintereinander geschalteten Röhren eine Schutzeinrichtung anzugeben, die einerseits Schutz bietet für alle denkbaren Möglichkeiten

von Überschlagen und andererseits nur mit einer einzigen steuerbaren Entladiingsstrect:'.· zusätzlich zu den zu schützenden Röhren auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die Schutzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Diese bezichen sich auf eine Senderschaltung, bei welcher die Kathode der Schaltröhre auf dem Hochspannungspotential der Anode der Senderöhre liegt. Dabei ist die der Schaltröhre zuzuordnende Speicherdrossel in Form eines Übertragers in der Anodenzuleitung der Schaltröhre angeordnet, wobei die beiden Wicklungen des Übertragers anodenseitig durch einen Kondensator miteinander verbunden sind. Die Entladung dieses Kondensators macht bei einem Überschlag in der Schaltröhre oder in beiden Röhren besondere Schwierigkeiten, weil es bei einem solchen Überschlag zu einem unzulässig Marken Stronistot) über die Frcilaufdiode kommen kann, der zur /crstö-

rung der insbesondere als Halbleiterdiodenkette ausgebildeten Freilaufdiode führt. Es ist daher umso erstaunlicher, daß es mit der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung gelingt, nicht nur die beiden hintereinander geschalteten Röhren sondern auch die ebenfalls gefährdete Freilaufdiode zu schützen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert

F i g. 1 stellt ein vereinfachtes Schaltbild eines Senders mit einer Schutzeinrichtung dar und in

Fig.2 ist ein stark vereinfachter Schaltungsauszug zur Erläuterung der Funktionsweise wiedergegeben, wobei gleiche Teile mit untereinander gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Das Schaltbild nach F i g. 1 ist gegliedert in eine Gleichspannungsversorgung C und eine Senderschaltung Sch, die wiederum eine Baugruppe B enthält, in welcher außer Siebmitteln für die Versorgungsgleichspannung hauptsächlich Teile der eigentlichen Schutzeinrichtung enthalten sind.

GleichspafüvjfjgsversorgüP.g C:

Die über Schalter S1 an einem Dreiphasennetz liegende Gleichspannungsversorgung C speist die Senderschaltung Sch. Die Gleichspannungsversorgung G enthält einen Transformator Tr mit nachgeschalteten Schaltern 52 und Ventilen V, die als Gleichrichter arbeiten.

Senderschaltung Sch:

Die eigentliche Senderschaltung rechts von der Baugruppe B enthält eine Senderöhre SR 1, die über einen Kondensator C8 auf einen Abschlußwiderstand R 12 (Antenne) arbeitet. Die Senderöhre SR 1 wird über einen Verstärker 1 von der Hochfrequenzschwingung gesteuert, welche an die Klemme RF angelegt ist. Außerdem kann die Senderöhre SR 1 von einer Einrichtung £1 gesperrt werden, was durch die Wirkungslinie W angedeutet .Jt. die auf die Senderöh.-e SR 1 gerichtet ist.

Zu diesem Zweck ist die Einrichtung Ei über eine Leitung 2 gesteuert von Steuerkriterien, die. bei einem Durchschlag in einer Schaltröhre SR 2 von beispielsweise Spannungswerten am Ausgang der PDM-Schaltung (d. h. von Spannungswerten an C 7) abgeleitet werden.

Die Serrderöhre SR 1 ist anodehnoduliert und die Anodcnspannung und die Modulationsspannung gelangen über einen Tiefpaß von der Kathode einer Schaltröhre SR 2 zur Anode der Senderöhre SR 1. Der Tiefpaß enthält in seinen LUngsgliedern eine Drossel L 5 parallel zu einem Kondensator Ch sowie eine Drossel L 6 mit wesentlich kleinerer Induktivität. In den Querzweigen des Tiefpässe*) sind die Kondensatoren C5 und C"7 enthalten.

Der Schaltröhre SR 2 wird steuergitterseitig von einem Pulslängenmodulator 3 ein längenmodulierter Puls zugeführt, dessen Gleichspannungswert dem Verlauf der niederfrequenten Schwingung entspricht, welche an der Klemme Λ/Fliegt.

Außerdem kann dem Steuergitter der Schaltröhre SR 2 von einer Einrichtung £2 eine Sperrspannung zugeführt werden, wenn die Einrichtung E2 über eine gestrichelt angedeutete Leitung 4 entsprechende Steuerbefehle enthält, die aus Strom- und/oder Spannungswerten der Senderöhre SR 1 abgeleitet werden, wenn in dieser ein Überschlag stattgefunden hat.

Durch die Einrichtungen Ei bzw. £2 können die Röhren SR i bzw. AT? 2 wechselseitig gesperrt werden, wenn in jeweils der anderen Röhre ein Überschlag stattgefunden hat.

Die Schaltröhre SR 2 wird entsprechend dem Verlauf der Rechteckimpulse, die von dem Pulslängenmodulator 3 geliefert werden, abwechselnd leitend und nichtleitend gesteuert. Der Anode dieser Röhre ist eine Speicherdrossel in Form eines Übertragers mit den beiden Wicklungen L 3a und L 3b vorgeschaltet. Wenn die

ίο Schaltröhre leitend gesteuert ist fließt durch die Wicklung L 3a ein Strom, wobei Energie in der Wicklung gespeichert wird. Damit diese nicht verloren geht und die Schaltröhre nicht mit zu hohen Spannungen belastet wird, wenn sie in den nichtleitenden Zustand gesteuert wird, ist die Wicklung L 36 und eine Verbindung dieser Wicklung mit der Kathode der Schaltröhre über die Freilaufdiode D vorgesehen. Hierüber kann der Strom im Übertrager L 3a/b während des nichtleitenden Zustandes der Schaltröhre weiterfließen. Näheres über die Betriebsweise der Schaltröhre und der Senderöhre kann der deutschen Patentschrift Nr. 12 18 557, insbesondere F i g. 8 entnommen werden. Der Tiefpaß aus den Bauteilen L 5, L 6, C5 bis Cl ist vorgesehen, um aus den Rechteckimpulsen, die von der Schaltröhre geliefert werden, wieder die niederfrequente Spannung zu gewinnen, die dem Eingang (NF) des Pulslängenmodulators 3 zugeführt wird (vgl. Rundfunktechn. Mitt. 1977, 153 ff).

Baugruppe B:

Diese Baugruppe enthält zunächst eine Siebkette, bestehend aus einer Siebdrossel L 1 und einem Beruhigungskondensator Cl, von dem aus die induktionsbehaftete Last gespeist wird, als welche der Rest der Senderschaltung Sch anzusehen ist.

Bei gleichzeitigen Überschlag beider Röhren oder einem Überschlag in der Schaltung besteht die Gefahr, daß sich einige Energiespeicher mit zerstörender Wirkung über die Röhren und die Freilaufdiode D entiaden, insbesondere der Beruhigungskondensator Cl, die Sp^-'.cherdrossel (Übertrager) L3a/b, die Drossel L5 jjnd ein die Anoden der Freilaufdiode D und der Schaltröhre SR 2 verbindender Kondensator C3. (Der parallel zur Freilaufdiode D liegende Kondensator C" 4 hat nur eine wesentlich kleinere Kapazität und ist daher in diesem Zusammenhang unwichtig.) Um für diese Energiespeicher Eniladestromkreise zu schaffen, ist als gemeinsame Entladungsstrecke £ein Ignitron vorgesehen, das von einem Zündgerät Z zündbar ist, welches von einem Stromwandler Γ gesteuert wird. Zur Stromversorgung des Zündgerätes ist ein Spannungsteiler R i/R2 vorgesehen. Die Zündung erfolgt, wenn der primärseitige Strom im Stromwandler T Werte erreicht, die z. B. bei einem gleichzeitigen Durchschlag der beiden Röhren (SR l,S/?2)auftre'?n.

Ohne den Widerstand R 3 und die Funkenstrecke Fl und bei kurzgeschlossenem Widerstand R 6 und kurzgeschlossener Induktivität Δ 2 in der Anodenzuleitung der Entladungsstreckt Ewürden sich bei einem Kurzschluß innerhalb beider Röhren folgende Verhältnisse ergeben:

Sobald die Entladungsstrecke £ gezündet hat, würde sich der Beruhigungskondensator C1 innerhalb des mit

b5 Il bezeichneten Entladestromkreises entladen mit der durch einen Pfeil ausdeuteten Stromrichtung und mit einer relativ kurzen Zeitkonstante von beispielsweise . die durch einen Dämpfungswiderstand R 4

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mitbestimmt ist. Durch die Entladung von Cl über E wird verhindert, daß die Lichtbögen in den Röhren durch die Ladungsmengen gespeist werden, die in Cl gespeichert sind.

Zugleich bildet sich aber noch ein anderer Entladestromkreis I aus mit der ebenfalls durch einen Pfeil angedeuteten Stromrichtung und mit einer Zeitkonstanten von beispielsweise 6 Millisekunden. Wie man sieht, verlaufen die Stromrichtungen in den beiden Entladestromkreisen I und Il in der Entladungsstrecke E entgegengesetzt. Wegen der unterschiedlichen Zeitkonstanten und Größe der Energiespeicher wird zwar zunächst der Entladestrom im Entladestromkreis Il überwiegen und damit den gezündeten Zustand der Entladungsstrecke £ aufrecht erhalten, nach einiger Zeit aber bewirkt der durch L 3a und L 5 weiterfließende Strom eine Spannungsumkehr an der Entladungsstrecke £ so daß diese als Ignitron ausgebildete Entladungsstrecke verlöschen würde, ohne daß die Energien in den EnerEiespeichern L ia/b und L 5 vernichtet worden wären. Der nach einigen Millisekunden einsetzende Kurzschlußstrom der Gleichspannungsversorgung G würde sich nun voll über die Überschlagstellen z. B. in den Röhren entladen und dort zwangsläufig zu Zerstörungen führen.

Um dies zu verhindern, ist im Anodenkreis der Entladungsstrecke £ ein Widerstand R 6 (Größenordnung ΙΩ) parallel zu einer Luftdrossel L 2 (Größenordnung I mH) vorgesehen. Bei der Entladung von Cl entsteht an /?6 eine Spannung, welche die Luftdrossel L 2 auflädt. Dadurch wird der Strom durch das Ignitron £nach Entladung des Energiespeichers Cl für einige Millisekunden aufrecht erhalten, und zwar in der gewünschten Richtung, wie im Entladestromkreis Il eingezeichnet. Das Ignitron £ kann auf diese Weise länger gezündet gehalten werden als ohne den Widerstand R 6 und die js Luftdrossel L 2.

Um auf jeden Fall zu vermeiden, daß das Ignitron £ bereits verloschen ist, wenn verzögert der Kurschlußstrom der Gleichspannungsversorgung G einsetzt (dessen Ableitung über die durchgeschlagenen Röhren auf jeden Fall verhindert werden muß), ist die Siebdrossel L 1 durch die Reihenschaltung eines Widerstandes Ri und einer Funkenstrecke Fl überbrückt. Dadurch wird Folgendes erreicht: Wenn nach Entladung von Cl bei noch vorhandener Speisespannung von der Gleichspannungsversorgung G der Spannungsabfall an der Siebdrossel L 1 immer mehr ansteigt, zündet die Funkenstrecke Fl. Dadurch steigt der Kurzschlußstrom der Gleichstromversorgung G so rasch an, daß das Ignitron £ weiter leitend bleibt und den Kurzschlußstrom ableiten kann.

Nach öffnen der Schalter 52 entlädt sich die Siebdrossel L 1 über Ri und Fl. Dadurch wird die Energie der Siebdrcssel L 1 in Ri und Fl verbraucht und belastet nicht zusätzlich die Entladungsstrecke £

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Vorteile:

Das Besondere der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung besteht darin, daß es mit nur einem (E)der sehr bo teueren Ignitrons und mit den beiden relativ einfach aufzubauenden Einrichtungen E1. £2 möglich ist, einen vollständigen und wirksamen Schulz der beiden Röhren SR 1, SR 2 und der Freilaufdiode D zu erzielen, indem durch die beiden Einrichtungen £ 1. £2 eine der beiden Röhren jeweils bei einem Überschlag der anderen sperrt und indem die Entladungsstrecke £ erst dann zündet, wenn es wirklich nötig ist, also wenn ein Überschlag in beiden Röhren stattgefunden hat.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht in Folgendem: Da mit dem Zünden der Entladungsstrecke £ nachfolgend ein Abschalten zumindest der Schalter 52 verbunden ist. entsteht bis zum Wiedereinschalten eine kurzzeitige Lücke im Sendebetrieb. Da die Entladungsstreckc £nur beim gleichzeitigen Auftreten zweier Röhrenüberschläge zündet, was nur relativ selten vorkommt, finden kurzzeitige Unterbrechungen des Sendebetriebes infolge einer Abschaltung der Schalter 52 entsprechend selten statt. Wird dagegen nur eine der Röhren durch eine der Einrichtungen £1. £2 gesperrt, so bleiben die Schalter 52 geschlossen und eine Unterbrechung des Sendebetriebes ist kaum wahrnehmbar.

Fig. 2:

Zur Erläuterung einiger zusätzlicher Bauelemente in Fig. 1 ist in Fig. 2 ein stark vereinfachter Schaltungsauszug dargestellt. Die Schalter 53 und 54 entsprechen im geschlossenen Zustand den Röhren SR 1 und SR 2. im Falle eines Überschlages. Im Normalbetricb sind die Kondensatoren C 1 und C3 aufgeladen.

Wenn nun die Schalter 53 und 54 geschlossen werden (Überschläge), so zündet das Ignitron £ Hierbei wird der Kondensator C3 über L 3a. R 5, /?6, £ R 10. Lib endaden. Durch den entgegengerichieten Stromfluß in L\t und Lib wirkt nur die Streuinduktivität dieser gekoppelten Wicklungen. Wären die Widerstände R 5. R 6, R 10 nicht vorhanden, so würde es in diesem Entladekreis zu einer Schwingung kommen, die zu einer Spannungsumkehr am Kondensator C3 und damit auch an der Freilaufdiode D führen würde. Dies könnte zu unzulässig hohen Strömen durch die dann leitende Freilaufdiode führen. Durch die Widerstände R 5, R 6 und R 10 werden die entstehenden Schwingungen verhindert oder wenigstens soweit gedämpft, daß in der Freilaufdiode D keine gefährlichen Ströme entstehen können. Die Drossel L 4 dient zur gleichstrommäßigen Umgehung des Dämpfungswiderstandes R 10 und damit zur Herabsetzung der Verlustleistung. Durch die Funkenstrecke F2 und den Widerstand RW, der den Strom begrenzt, werden Überspannungen an der Freilaufdiode D in Sperrichtung verhindert und der Kondensator C4 entladen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung gegen Überschläge in einer Senderschaltung, die von einer Gleichstromversorgung mit Beruhigungskondensator gespeist wird, zu welchem in einem Parallelzweig eine zündbare Entladungsstrecke mit Zündgerät geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Senderschaltung, bei welcher gleichstrommäßig in Reihe zur Senderöhre (SR 1) eine pulsdauermoduliert schaltende und mit einem Tiefpaß (L5, C5 bis C7) verbundene Schaltröhre (SR 2) mit parallel geschalteter Freilaufdiode (D) geschaltet ist, als zusätzlicher Schutz für die genannten Röhren (SR 1, SR 2) jeweils eine Einrichtung (Ei, £2) vorgesehen ist, welche jeweils eine der Röhren durch Steuerung an einem Gitter sperrt, wenn die andere durchgeschlagen ist, und daß das Zündgerät (Z) so eingestellt ist, daß es nur bei einem so starken Stromfluß anspricht, wie er bei gleichzeitigen Überschlagen in beiden

ROiifcn ΪΩ ucil ZügcOruncicil Zuleitungen äürtilii.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Senderschaltung, bei welcher die Kathode der Schaltröhre (SR 2) gleichstrommäßig auf oder über dem Potential der Anode der Senderöhre (SR 1) liegt und bei welcher mit der Anode der Schaltröhre (SR 2) die erste Wicklung (L Za) eines zugleich als Speicherdrossel dienenden Übertragers und ein zur zweiten Wicklung (LZb) und der Freilaufdiode (D) führender Kondensator (CZ) verbum!ofi ist und daß der für den Kondensator (CZ) vorgesehene Entladekreisdie Entladungsstrekke (E), die gekoppelten Induktivitäten (LZa, LZb) des Übertragers und wenigsten? einen Dämpfungswiderstand (R 5, R 6, R 10) enthäli.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Dämpfungswiderstand (RiO, R 6) eine Spule (L 4, L 2) parallel geschaltet ist.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungswiderstand (R 10, R 6, R 5) ungefähr den Wert hat, der erforderlich ist, um eine Schwingung, die beim Entladen des Kondensators (CZ) über die Entladungsstrecke (E)entsteht, aperiodisch zu dämpfen.

5. Schutzeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungswiderstand (R 10) in diejenige der Zuleitungen zueinerder Wicklungen (L Za, LZb) geschaltet ist. in welcher er die geringste Verlustleistung verursacht.

6. Schutzeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Freilaufdiode (D)eine Funkenstrecke (F) mit Serienwiderstand (R 11) parallel geschaltet ist.