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Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Hochspannung bei einem Gleichstromwandler
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Hochspannung bei einem Gleichstromwandler, der mmels eines rückgekoppelten Impulsgenerators über einen Transfor- mator und einen Gleichrichter einen Ladekondensator auflädt, unter Verwendung einer Vergleichsladung, die durch proportionale Impulse erzeugt wird.
Wird das zu regulierende Gerät aus einer Batterie gespeist, so kann es von ausschlaggebender Bedeu- tung für die Lebensdauer sein, was für ein Regulierpnnzip gewählt wird. Dies trifft insbesondere für
Gleichstromwandler zu, die nahezu keine Nutzleistung abgeben müssen, bei denen also die Leerlanfver- luste den Hauptanteil der Batteriebelastung ausmachen. Es ist oftmals notwendig, die geregelte Spannung über einen Spannungsteiler mit einer Bezugsspannung zu vergleichen. Auch dies kann zu wesentlichen Be- lastungen führen, insbesondere bei Hochspannungsanlagen.
Es ist bekannt, einen steuerbaren Widerstand in Serie zu einer Spannungsquelle zu schalten und die- sen durch die zu regulierende Spannung zu steuern. Die meisten röhrenregulierten Netzgeräte verwenden diese Anordnung. Eine ähnliche Schaltung nimmt einen veränderbaren Shuntwiderstand als Ergänzungsbe- lastung der Spannungsquelle. Beiden genannten Prinzipien haftet der Nachteil an, dass die verwendeten
Regelelemente verhältnismässig hohe Leerlaufverluste aufweisen.
Eine weitere Reguliermöglichkeit, jedoch mit denselben Nachteilen behaftet, bieten die phasenge- steuerten Geräte, wie Thyratron-Regelgeräte und Transduktor-Geräte.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, bei einer eingangs erwähnten Schaltungsanordnung den Eigenstromverbrauch wesentlich herabzusetzen und den Einfluss von Änderungen der Speisespannung und der Umgebungstemperatur weitgehend auszuschalten.
Dies wird durch Schaltungsmittel erreicht, die den Rückkopplungskreis des Impulsgenerators in Abhängigkeit von der Vergleichsladung unterbrechen.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung wird nachfolgend, unter Zuhilfenahme der beigelegten Zeichnung, beschrieben. Die Fig. l und 2 stellen je eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes dar.
Die Ausführungsform nach Fig. l ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkopplungskreis entsprechend der Entladezeit der Vergleichsladung von einem Potential, das höher ist als ein Schwellwert, bis zum Erreichen dieses Schwellwertes unterbrochen ist. Der Transistor T4, die Wicklungen Wl, W2, W3, W4 und die Gleichrichter G3 und G4 sind die Elemente eines bekannten Transistorgerätes zur Erzeugung einer Hochspannung mit rückgekoppelte Impulsgenerator ohne Regulierung. In den Rückkopplungskreis G4, W3, über den die niederohmige Steuerung des Transistors T4 erfolgt, ist der Transistor T3 geschaltet.
Wenn dessen Basisspannung klein ist, wird der Rückkopplungskreis vollständig gesperrt. Dies ist der Fall, wenn der'Transistor T2 Strom führt. Dadurch wird die Schwingung von T4 vollständig unterdrückt. Fliesst über T2 kein Strom, dann wird T3 durch den Basisstrom über R4 niederohmig, und der Tiansistor T4 kann schwingen. Die Steuerung des Transistors T2 erfolgt durch den Transistor Tl.
Die Scheitelspannung an W5 entspricht ungefähr der gleichgerichteten Hochspannung über dem Kondensator C2, multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis W5 : W2 und ist damit ein Mass für die Hochspannung. Über den Gleichrichter G2 wird nun der Kondensator Cl auf diese Scheitelspannung aufgeladen.
Sobald diese Spannung jedoch die Zenerspannung der Zenerdiode Z überschreitet, wird die Basis des
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Transistors Tl durch den Zenerstrom positiv und der Transistor Tl gesperrt. Als Folge davon wird die Schwingung von T4 unterbrochen. Je höher nun die Hochspannung des Speicherkondensators C2gegenüber der auf diese Spannung bezogenen Zenerspannungist. umso höher wird Cl durch den folgenden Rücklauf- impuls über die Referenzspannung der Zenerdiode Z hinaus geladen. Dadurch wird die Entladezeit von Cl verlängert und damit die Zeitdauer bis zum Wiedereintritt der leitenden Phase vergrössert.
Die Impulsfolge wird so lange verlangsamt, bis die Energiemenge, die C2 zugeführt wird, derart klein ist, dass sich ein Wert einstellt, der je nach Belastung und dem Zustand der Batterie auf etwa 0... + 10 % über dem Regeleinsatzpunkt liegt. Der Widerstand R2 ist nicht unbedingt erforderlich, jedoch wird mit ihm der Übergang der Schaltungsanordnung vom gesperrten in den leitenden Zustand schäfer, da der Transistor Tl kippt, indem über den Widerstand R2 ein grösserer negativer Strom zugeführt wird, sobald der Transistor T l in das Anfangsgebiet des Stromflusses kommt.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen der gewünschten Hochspannung über dem Kondensator C2 bzw. der Referenzspannung über dem Kondensator Cj. die Schwingung des Transistors für eine konstante, frei wählbare Zeitdauer unterbrochen wird. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird die Schwingung so lange wieder angefacht, bis wiederum die gewünschte Spannung erreicht wird, d. h. bis der unterdessen abgeflossene Strom des Hochspannungs-Ladekondensators C2 wieder ersetzt ist. Der Vorteil dieses Regelprinzips ist die genaue Konstanthaltung der gewünschten Hochspannung.
Die Scheitelspannung am Kondensator Cl ist wiederum weitgehend das Abbild der Hochspannung am Kondensator C2. Während der Ladeperiode wächst die Spannung über dem Kondensator Cl, bis das Potential-der Basis des Transistors Tl tiber die Zenerdiode Z gegen das positive Gebiet verschoben wird. Dadurch steigt die Kollektorspannung des Transistors Tl und schaltet den Transistor T2 leitend. Die Kollektorspannung des Transistors T2 wird damit verkleinert, d. h. das Kollektorpotent1al wird positiver. Der Fusspunkt des Kondensators Cl befindet sich an diesem Potential. Die Potentialänderung am Kollektor des Transistors T2 wird über den Kondensator Cl direkt auf die Basis des Transistors T1 übertragen, der damit noch weiter in die Sperrphase, bis zu seiner vollständigen Sperrung. geschoben wird.
Die Schwingung des Impulsgenerators wijd über den Transistor T3, wie unter Fig. 1 beschrieben, gesperrt. Die Sperrphase dauertso lange, bis der Kondensator Cl durch den Stromfluss über die Widerstände Rl und R2 so weit entladen ist, dass der Transistor T1 wieder in die leitende Phase tritt. Der Kippvorgang wird dadurch in umgekehrter Richtung eingeleitet, und der Transistor T4 wieder entsperrt, so dass der beschriebene Vorgang von neuem beginnt.
Die gewünschte Hochspannung wird genau eingehalten, jedoch erfordert die Energiebündelung einen grossen Ladekondensator C2, um die maximale Welligkeit der Hochspannung möglichst klein zu halten.
Damit ist auch die Ladekapazität gross, und bei minimalem Stromverbrauch, der im wesentlichen durch den Leerlaufstrom bestimmt ist, kann die Impulspause mittels der Widerstände Rl und R2 gross gemacht werden, so dass die Speisebatterie eine lange Lebensdauer hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Hochspannung bei einem Gleichspannungswandler, der mittels eines rückgekoppelten Impulsgenerators über einen Transformator und einen Gleichrichter einen Ladekondensator auflädt, unter Verwendung einer Vergleichsladung, die durch proportionale Impulse erzeugt wird, gekennzeichnet durch Schaltungsmittel, die den Rückkopplungskreis des Impulsgenerators in Abhängigkeit von der Vergleichsladung unterbrechen.