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Umformerschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine transistorbestückte Umformerschaltung, die zur Umwandlung eines
Gleichstromes in einen Wechselstrom dient, der dann gegebenenfalls wieder gleichgerichtet werden kann.
In zahlreichen elektrischen und elektronischen Systemen ist es wichtig, Speisesysteme zu verwenden, die Gleichstrom verstärken und diesen mit konstanter Stärke einem vorgegebenen Verbraucher zuführen. Solche Speisesysteme müssen oft einen extrem hohen Grad von Betriebssicherheit haben und eine relativ hohe Stromstabilisierung bewirken. Speisesysteme mit transistorbestückten Umformern der
Kerntype, die klein und leicht sind, hohen Wirkungsgrad haben und keine Instandhaltung erfordern, haben den erforderlichen Grad von Betriebssicherheit und Stabilität und sind daher für umfangreiche An- wendungsgebiete qualifiziert.
Eine derartige Umformerschaltung enthält im allgemeinen eine Vielzahl von Transistoren und einen sättigbaren Transformator für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, der dann seinerseits wieder gleichgerichtet werden kann. Die Transistoren arbeiten dabei als automatische Schalter, d. h. sie sind abwechselnd leitend oder nicht leitend, um so abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen Strom von einer Gleichstromquelle zu einem Teil" ewer Transtormatorw1cklung zuzuführen. Jeder Stromkreis wird gewöhnlich über einen einzigen Transistorschalter geschlossen, der in Reihe mit der Gleichstromquelle liegt, wobei entweder eine Strom- oder Spannungsrückkopplung angewendet wird, um die Schaltzeiten der Transistoren zu steuern.
In zahlreichen Anwendungsfällen wird eine Stromrückkopplung gegenüber einer Spannungsrückkopplung bevorzugt, um erstens eine bessere Regelung der Ausgangsspannung zu erzielen und den Wirkungsgrad im Bereich zwischen Leerlauf und Vollast zu erhöhen, zweitens einen Schutz gegen Selbstzerstörung des Systems im Falle eines ausgangsseitigen Kurzschlusses zu erreichen, drittens einen Selbstanlauf bei starker Belastung und im Falle einer Vielzahl von Ausgangswicklungen zu sichern und viertens eine Übersteuerung der Transistoren und übermässige Verlustleistungen bei den Einschaltvorgängen zu vermeiden und so den Wirkungsgrad und die Betriebssicherheit besonders bei variabler Belastung zu erhöhen.
Der Hauptnachteil von bekannten Schaltungen mit Stromrückkopplung liegt darin, dass sie neben dem Leistungstransformator noch einen den Strom rückkoppelnden Transformator erfordern. Dieses Erfordernis führt zu einem erhöhten Gewicht und zu erhöhten Kosten des Umformers. Es ist anderseits auch schon eine Umformerschaltung bekannt, bei der für einen mit Stromrückkopplung arbeitenden Transistor ein Rückkopplungsweg besteht, in den die Basis-Emitter-Strecke desTransistors, der Verbraucher und die Batterie in Serie liegen. Dies bringt unter anderem den Nachteil einer Schädigung der Batterie durch im Rückkopplungsweg über diese fliessende Wechselstromkomponente mit sich ; diesem Mangel kann durch Anwendung eines zusätzlichen Gleichrichters im Ruckkopplungsweg nur beschränkt vorgebeugt werden.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine mit Stromrückkopplung arbeitende Umformerschaltung zu schaffen, bei der kein eigener Rückkopplungstransformator vorhanden ist und bei der dennoch die Batterie nicht im Rückkopplungsweg liegt.
Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Umformerschaltung enthält eine vorzugsweise durch einen Transformator mit einem Kern aus sättigbarem magnetischem Material gebildete induktive Einrichtung,
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die einen an eine Wicklung dieser Einrichtung angeschlossenen Eingangskreis und einen an eine andere
Wicklung derselben angeschlossenen Ausgangskreis aufweist, wobei im Eingangskreis ein mit Stromrück- kopplung arbeitender Transistor und eine Gleichstromquelle und im Ausgangskreis ein Verbraucher lie- gen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein den Verbraucher direkt in Reihe mit dem Basis-Emitter-
Kreis des TrÅansistors schaltender Stromrückkopplungsweg vorgesehen ist.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Ausführungsbeispielen genauer erläu- tert werden. Fig. l zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Schaltung mit zwei Transistoren, deren
Emitter verbunden sind. Die Fig. 2 und 3 stellen in ähnlicher Weise schematisch Schaltungen dar, bei denen die Basiselektroden bzw. die Kollektoren miteinander verbunden sind.
Die Schaltung nach Fig. l umfasst eine Gleichspannungsquelle 100, pnp-Transistoren 101 und 102, unsymmetrisch leitende Einrichtungen 109 und 110 sowie einen Transformator 103 mit Wicklungen bzw.
Wicklungsteilen 105,106 und 111, die auf einen Kern 104 aus magnetisch sättigbarem Material ge- wickelt sind, das vorzugsweise hohe Permeabilität und eine praktisch rechteckige Hysteresisschleife hat.
Die Klemmen 107 und 108 dienen als Ausgangsklemmen.
Die Emitter der Transistoren 101 und 102 sind mit der einen Klemme der Gleichstromquelle 100 verbunden. Die andere Klemme dieser Gleichstromquelle 100 ist an denVerbindungspunktderWicklungs- teile 105 und 111 des Transformators angeschlossen. Die andern Klemmen der Wicklungsteile 105 und 111 sind mit den Kollektoren der Transistoren 101 bzw. 102 verbunden.
Die unsymmetrisch leitenden Einrichtungen 109 und 110 sind gegensinnig gepolt und liegen in Reihe zur Wicklung 106 des Transformators und zu den Ausgangsklemmen 107 und 108. Die Basis-Emitter-Strek- ke des Transistors 101 liegt parallel zur unsymmetrisch leitenden Einrichtung 109, während die Basis-
Emitter-Strecke des Transistors 102 die unsymmetrisch leitende Einrichtung 110 überbrückt. An Stelle von pnp-Transistoren können natürlich ebensogut npn-Transistoren verwendet werden.
Da Schaltungen mit Stromrückkopplung, wie schon erwähnt selbstanlassend sind, sei angenommen, dass anfangs der Transistor 101 leitend und der Transistor 102 gesperrt ist. Es fliesst dann Strom von der
Gleichstromquelle 100 über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 101 zu der mit einem Punkt bezeichneten Klemme des Wicklungsteiles 105 und über diesen zurück zur Gleichstromquelle 100. Hinsichtlich des sekundärseitig fliessenden Stromes ist zu beachten, dass die in der Wicklung 106 induzierte
Spannung, wie in üblicher Weise durch einen Punkt angedeutet worden ist, solche Polarität haben muss, dass die unsymmetrisch leitende Einrichtung 110 in Durchlassrichtung gepolt'ist, so dass ein Basis-Emit- ter-Rückkopplungsweg für den Transistor 101 vorhanden ist.
Wie in üblichen Umformern fliesst bei Anschaltung eines Verbrauchers an die Ausgangsklemmen 107 und 108 so lange Strom im Rückkopplungsweg, bis der sättigbare Kern 104 des Transformators 103 gesättigt ist. Im Sättigungszustand des Transformators wird in der Wicklung 106 keine Spannung mehr induziert, der Rückkopplungs5trom sinkt auf Null ab, der Transistor 101 wird gesperrt und der Transistor 102 in Durchlassrichtung vorgespannt. Es fliesst nun ein Strom von der Gleichstromquelle 100 über die Emitter-KollektorStrecke des Transistors 102 zu der äusseren Klemme des Wicklungsteiles 111 und zurück zur Gleichstromquelle 100.
Die in der Sekundärwicklung 106 induzierte Spannung hat nun solche Polarität, dass die unsymmetrisch leitende Einrichtung 109 in Durchlassrichtung gepolt ist, so dass nunmehr ein Basis-EmitterRückkopplungsweg für den Transistor 102 vorliegt. Der Strom fliesst wieder im Rückkopplungsweg so lange, bis der Kern 104 des Transformators 103 abermals gesättigt wird, wodurch der Transistor 102 "aus- geschaltet" und der Transistor 101 "eingeschaltet" wird. Dieser Arbeitszyklus wiederholt sich sodann, bis die Gleichstromquelle 100 abgeschaltet wird.
Demnach sind die unsymmetrisch leitenden Einrichtungen, welche die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren überbrücken, derart gepolt, dass sie jeweils leitend sind, wenn der Basis-Emitter-Übergang des zugeordneten Transistors nicht leitend ist (und umgekehrt).
Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei im ersten Falle die Basiselektroden der Transistoren und im zweiten Falle die Kollektorelektroden derselben zusammengeschaltet sind. Im übrigen sind in den Fig. 2 und 3 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden, nur dass jeweils die erste Stelle der dreistelligen Bezugsziffern entsprechend der Figurenbezifferung geändert ist. Da die Schaltungen nach den Fig. 2 und 3 in gleicher Weise wie die Schaltung nach Fig. l arbeiten, erübrigt sich eine besondere Beschreibung.
Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Fig. l, 2 und 3 dargestellt sind, wird ein Transformator mit einem Kern aus sättigbarem magnetischem Material verwendet, doch arbeiten diese Schaltungen auch bei Verwendung anderer Kernarten. Die günstigste Schalt- und Umformerwirkung wird jedoch bei Verwendung sättigbarer Kerne erreicht.