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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Zerhackerwandler mit einem elektronischen
Taktgeber und einem Paar von im Gegentakt betriebenen, mindestens einen Transistor aufweisenden elektronischen Leistungsschaltern, wobei an den Ausgang des Taktgebers zur Steuerung der Leistungsschalter die
Primärwicklungen eines Steuertransformators angeschlossen sind und hiebei jeweils an einer Sekundärwicklung des Steuertransformators die Basiselektrode und Emitterelektrode des Transistors eines Leistungsschalters angeschlossen sind, dessen Kollektorelektrode mit einer Primärwicklung eines Haupttransformators verbunden ist.
Besteht zwischen der Netzspannung und der Betriebsspannung eines Gerätes eine Differenz, so wird als
Spannungswandler häufig ein Transformator verwendet. Transformatoren haben jedoch bei Netzfrequenz ein verhältnismässig hohes Leistungsgeweicht, ihr Wirkungsgrad liegt meist unter 90% und können nicht mit
Gleichstrom versorgt werden, welch letzteres zuweilen als Nachteil empfunden werden kann. Aus diesem Grund werden schon seit langer Zeit elektronische Zerhackerwandler vorgeschlagen, die mit Gleichstrom versorgt werden können. Da das Leistungsgewicht mit steigender Frequenz abnimmt, lag es nahe, die Frequenz möglichst hoch anzusetzen. Prinzipiell bestehen solche Zerhackerwandler aus einem oder zwei Schaltern, im allgemeinen Schalttransistoren, die die Primärwicklung des nun verhältnismässig kleinen Spannungswandlers mit hoher Schaltfrequenz schalten.
Der Nachteil solcher Zerhackerwandler liegt darin, dass sie nur schwer so auszulegen sind, dass der Fluss durch den Spannungswandler (den Haupttransformator) keinen Gleichspannungsanteil besitzt. Ein solcher entsteht aber unweigerlich, wenn das Taktverhältnis der beiden Schalter ungleich 1 : 1 ist. Tritt aber ein solches ungleiches Verhältnis auf, so summieren sich die Flussfehler so lange, bis das Ferritmaterial des Transformators in die magnetische Sättigung gerät. Das wieder hat einen raschen Anstieg des Stromes bei geschlossenem Schalter zur Folge, da nun nur mehr der sehr niedere ohmsche Widerstand der Wicklung des Transformators wirksam ist. Da dieser Stromanstieg aber die Transistoren der elektronischen Schalter gefährdet, müssen diese stark überdimensioniert sein und/oder eine Strombegrenzung vorgesehen sein.
Die Verwendung einer Schalteinrichtung zur Strombegrenzung setzt aber den Betrieb mit möglichst idealer Gleichspannung voraus, was wieder zur Verwendung grosser Kondensatoren führt. Dadurch ergibt sich aber wieder eine starke Verteuerung, ein Anwachsen des Leistungsvolumens und des Leistungsgewichtes. überraschenderweise können all diese Nachteile erfindungsgemäss dadurch vermieden werden, dass zwecks Symmetrierung des Arbeitsbereiches des Haupttransformators an der Kollektorelektrode jedes Transistors des Leistungsschalters, ein Pol einer an sich bekannten Diodenschaltung zum Ableiten eines gegebenenfalls auftretenden Gleichstromanteiles liegt, und dass der andere Pol dieser Diodenschaltung über eine Anzapfung der Sekundäreinrichtung des Steuertransformators mit der Basiselektrode des Transistors des Leistungsschalters verbunden ist.
Auf diese Weise können die oben geschilderten Schwierigkeiten durch eine einfache und billige Massnahme vermieden werden, da die Sättigungsspannung des Transistors jedes Leistungsschalters unter die Spannung der zugeordneten Sekundärwicklung des Steuertransformators sinkt-abzüglich der Diodenspannung-und der Basisstrom des Transistors nicht mehr steigen kann. Der Strom wird von der Diode übernommen. Durch die erfindungsgemässen Massnahmen sinkt der Absolutwert der Schaltzeiten beträchtlich.
Diodenschaltungen zum Ableiten eines Gleichstromanteiles sind als sogenannte "Antisättigungsdioden" bekannt und werden herkömmlicherweise unmittelbar zwischen Basiseingang und Kollektorausgang der elektronischen Schalteinrichtung angeschlossen. Diese Art der Schaltung ist aber für einen elektronischen Zerhackerwandler deshalb nicht brauchbar, weil die Antisättigungswirkung hier bei viel zu kleiner Sättigungsspannung eintritt. Gerade aber gut ausgenutzte Schalttransistoren haben eine relativ hohe Sättigungsspannung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
Der Zerhackerwandler gemäss der Zeichnung weist einen Transformator--4--auf, der an die Ausgänge zweier Leistungsschalter--5, 6--angeschlossen ist. Jeder Leistungsschalter--5 und 6--besitzt als elektronischen Schalter einen Transistor--T1, T2--. Betriebsspannung wird dem Zerhackerwandler über die Anschlussklemmen-l und 2-und die nachfolgende Gleichrichterbrücke-3-zugeführt. Zur Steuerung
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T2--sindLeistungsschalter--Tl und T2--ist ein Sättigungswandler --14-- vorgesehen, an dessen Ausgänge die Primärwicklungen --15, 16-- des Steuertransformators --7-- angeschlossen sind.
Die Primärwicklungen --15, 16--des Steuertransformators--7--sind weiterhin jeweils über eine Hilfswicklung--17, 18--an die Stromquelle für den Sättigungswandler --14-- angeschlossen. Die Hilfswicklungen--17, 18--sind am Transformator --4- angeordnet und bewirken durch entsprechende Dimensionierung eine Strombegrenzung an den Transistoren--T1, T2--, exakte Umschaltvorgänge der Transistoren--Tl, T2--und eine selbsttätige Symmetrierung des Tastverhältnisses der als Gegentaktschalter geschalteten Transistoren--T1,
T2--. Die Dioden-Dl und D2--sind als Antisättigungsdioden für die Transistoren-Tl und T2-- vorgesehen. Die Versorgung des Wandlers--14--mit Betriebsspannung erfolgt durch die Primärwicklung --19-- des Transformators-4--.
Das Problem liegt nun darin, dass infolge von Toleranzen u. dgl. selbst bei genauester Dimensionierung das
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Taktverhältnis der beiden elektronischen Schalter--5, 6--ungleich sein kann. Ist dies der Fall, so tritt ein Flussfehler auf, der sich so lange summiert, bis das Ferritmaterial des Haupttransformators--4--in den Bereich der magnetische Sättigung gerät. Dann aber steigt der Strom bei geschlossenem Schalter-5 bzw. 6-- rasch an, da ja nur mehr der verhältnismässig niedere ohmsche Widerstand der an die elektronischen Schalter - 5 bzw. 6-angeschlossenen Wicklungen-8 bzw. 9-des Haupttransformators--4-wirksam ist. Ein solcher Stromanstieg gefährdet selbstverständlich die in den elektronischen Schaltern-5, 6-enthaltenen Transistoren-Tl bzw. T2--.
Es müssten diese beiden Transistoren stark überdimensioniert sein bzw. eine Strombegrenzung vorgesehen sein. Zur Strombegrenzung wird aber eine möglichst ideale Gleichspannung vorausgesetzt, so dass die beiden dargestellten Kondensatoren --Cl, C2-- stark überdimensioniert werden müssten.
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dass die an ihnen auftretende Spannung nur von eventuellen Spitzen befreit wird, die Welligkeit der Spannung hinter der Gleichrichterbrücke--3--jedoch praktisch voll erhalten bleibt. Unterschiedliche Taktzeiten der beiden elektronischen Schalter--5, 6--auf Grund unterschiedlicher Ausschaltzeiten der verwendeten Transistoren --Tl, T2-- können auch bei der dargestellten Schaltung kaum vermieden werden.
Jedoch kann man eine Verschiebung des Arbeitsbereiches des Haupttransformators--4--verhindern, indem man den sich allenfalls ergebenden Gleichstromanteil mit Hilfe einer Diodenschaltung--Dl bzw. D2-- ableitet. Diese Diodenschaltungen--Dl, D2--liegen am Kollektorausgang des elektronischen Schalters--5 bzw. 6--, d. h. bei Verwendung mehrerer Transistoren für die elektronischen Schalter--5, 6--am Kollektor des Ausgangstransistors, wogegen ihr anderer Pol mit der Basis des zugehörigen Transistors bzw. bei Verwendung mehrerer Transistoren mit der Basis des Eingangstransistors verbunden ist.
Herkömmliche Diodenschaltungen dieser Art waren unmittelbar an den Basiseingang des elektronischen Schalters angeschlossen. Für die Anwendung für einen Zerhackerwandler wäre dies deshalb wesentlich, dass die
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der Strom von der Diodenschaltung-Dl bzw. D2-- übernommen wird. Zur Aufnahme der Spannung dienen Widerstände--RI bzw. R2--.