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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 Leistungsgewicht. Ihr Wirkungsgrad liegt meist unter 90% und können nicht mit Gleichstrom versorgt werden. Aus diesem Grunde 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 Ferrit-Material des Transformators in die magnetische Sättigung gerät. Das wieder hat einen raschen Anstieg des Stromes bei geschlossenem Schalter zur Folge, da nun nunmehr 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 in äusserst nachteiliger Weise zur Verwendung grosser, teurer Kondensatoren führt. Ausserdem ergibt sich hiedurch ein Anwachsen des Leistungsvolumens und des Leistungsgewichtes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Zerhackerwandler zu vermeiden.
Gemäss der Erfindung wird dabei bei einem Zerhackerwandler der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, dass je eine Hilfswicklung des Haupttransformators in Reihe mit der jedem elektronischen Schalter zugeordneten Primärwicklung des Steuertransformators geschalten ist und die Schalteinrichtung für den Steuertransformator mit der Speisespannungsquelle der Schalteinrichtung verbinden, wobei die Primärwicklungen des Steuertransformators derart bemessen sind, dass nur bei spannungserhöhendem Einfluss der in Reihe geschalteten Hilfswicklungen der jeweilige elektronische Schalter durchsteuerbar ist.
Diese Massnahmen bewirken in vorteilhafter Weise stets einen exakten Umschaltvorgang der elektronischen Schalter. Der eine Schalter ist erst nach Ausschaltung des Gegentakt-Schalters einschaltbar. Dies trägt sehr zum sicheren Funktionieren des Zerhackerwandlers bei.
Fernerhin ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass die Schalteinrichtung für den Steuertransformator als Sättigungswandler ausgebildet ist und die Hilfswicklungen zur Steuerung der Sättigungszeit bzw. der Umschaltzeit der Schalteinrichtung vorgesehen sind. Hiedurch ist in vorteilhafter Weise das Tastverhältnis der Schalteinrichtung selbsttätig symmetrierbar. Herkömmlicherweise wurde das Tastverhältnis justiert ; es kann hiebei jedoch nicht verhindert werden, dass sich mit der Last, durch Alterung, Temperatureinflüsse od. dgl. das Tastverhältnis in nachteiliger Weise änderte.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Fig. l zeigt das Schaltbild des elektronischen Zerhackerwandlers, die Fig. 2 bis 4 veranschaulichen Diagramme.
Gemäss Fig. 1 weist der Zerhackerwandler 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 2und die nachfolgende Gleichrichterbrücke--3--zugerührt. Zur Steuerung
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T2--sindDioden--Dl und D2-- sind als Ansättigungsdioden für die Transistoren--Tl und T2--vorgesehen. Die Versorgung des Wandlers--8--mit Betriebsspannung erfolgt durch den Transformator--4--.
Infolge von Toleranzen u. dgl. kann selbst bei genauester Dimensionierung das Taktverhältnis der beiden elektronischen Schalter--5, 6--ungleich sein. Ist dies der Fall, so tritt ein Flussfehler auf, der sich so lange
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--4-- in denverhältnismässig niedere ohm'sche Widerstand, der an die elektronischen Schalter-5, 6-angeschlossenen Wicklungen --F,G-- des Haupttransformators --4-- wirksam ist. Ein solcher Stromanstieg gefährdet 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 --C1, C2--stark überdimensioniert werden müssten.
In dem dargestellten Schaltbild sind die beiden Kondensatoren --Cl, C2-- jedoch lediglich so ausgebildet, 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 --T1,T2-- können auch nach dem dargestellten Schaltbild 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.
Die Diodenschaltung-Dl bzw. Deist mit dem Basiseingang des zugeordneten elektronischen Schalters-5 bzw. 6-- über einen Teil --10 bzw. 11-der Wicklungen-I und K-- des Steuertransformators--7--verbunden. Sinkt die Sättigungsspannung des jeweiligen Schalttransistors--Tl bzw. T2-unter die Spannung der Wicklung-I bzw. K-- (abzüglich der Diodenspannung), so kann der Basisstrom nicht mehr steigen, da der Strom von der Diodenschaltung --D1 bzw. D2-- übernommen wird. Zur Aufnahme der Spannung dienen die Widerstände-Rl bzw. R2--.
Zur Erzielung einer Strombegrenzung ist eine Serienschaltung der Wicklung-L-des Steuertransformators--7--mit der Hilfwiscklung --E-- des Haupttransformators --4-- bzw. der entsprechenden Wicklung-N-und der Hilfswicklung-H-vorgesehen. Die Wicklungen-I und N-sind die Primärwicklungen des Steuertransformators--7--, der an die Ausgänge des freischwingenden Sättigungswandlers --8-- angeschlossen ist. Die durch die Transistoren-T3 bzw. Tides Sättigungswandlers geschalteten Wicklungen--L, N--sind jedoch nicht direkt an die Hilfsbetriebsspannung, die am Kondensator--C3--anliegt, angeschlossen, sondern über die bereits oben erwähnten Hilfswicklungen - E und H-des Haupttransformators--4--.
Je nach Grösse der Hauptbetriebsspannung, somit des Stromes
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Betriebsgleichspannung des freischwingenden Sättigungswandlers--8--. Hiebei treten primär Steuerströme auf, die bei bestimmter Last weitgehend proportional dem Kollektorstrom-Tl bzw. T2-- sind. Sekundär erhält man hiedurch Steuerspannungen, deren Grösse dem Kollektorstrom von-Tl, T2-proportional ist. Mit den Festwiderständen --R1, R2-- ist daher ein dem notwendigen Kollektorstrom angepasster Einsatz der Strombegrenzung erzielbar.
Um zu verhindern, dass im Umschaltmoment beide Transistoren--Tl, T2--der elektronischen Schalter --5, 6--gleichzeitig durchschalten, wie dies im Strom I/Zeit t-Diagramm nach Fig. 2 dargestellt ist, wobei die
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nicht restlos ausgeschaltet hat, kann, infolge der Gegenspannung an der Hilfswicklung--E--der Einschalttransistor--Tl--nicht angesteuert werden. Erst wenn der vorher eingeschaltete Transistor sperrt, kann der einzuschaltende Transistor angesteuert werden. Die Anordnung kippt hiebei wegen der nunmehr in positivem Sinn wirkenden Spannung der Hilfswicklung-E-in den satten Ein-Zustand. Das zugehörige Strom I/Zeig t-Diagramm ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Kurve-aa-zeigt hiebei den Stromverlauf beim Einschalten des Transistors--Tl--und die Kurve--bb--zeigt den Stromverlauf beim Ausschalten des Transistors--T2--.
Hiedurch wird erreicht, dass kurze Strompausen auftreten, in denen keiner der Transistoren-Tl, T2-durchschaltet.
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Sättigung ausgefahren. Gerade das Erreichen der Sättigung löst den Kippvorgang aus. Der Sättigungswandler - symmetriert sich daher selbst. Wie bereits beschrieben, führt die Spannung an den Hilfswicklungen
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H-zur StromerhöhungHilfswicklung--E bzw. H--abhängen. Dies bedeutet, dass die während der jeweiligen Halbwellen in den Hilfswicklungen -E und H--auftretenden Spannungen sowie die Auftrittsdauer derselben die Taktzeit des Sättigungswandlers --8-- in positivem Sinne beeinflussen. Der Taktfehler wird dadurch abgebaut.
Fernerhin wird der Taktfehler bei Einwirken neuerlicher Störgrössen, wie etwa unterschiedliche Schaltzeiten der Transistoren-Tl, T2--, begrenzt. Darüber hinaus wird das Ausfahren in die gefährliche Sättigung sicher vermieden. Das Diagramm nach Fig. 4 zeigt hiezu den Sättigungsfluss 0 des Steuertransformators--7-, wobei die Spannungen und-UL-die Spannungen der Wicklung-L-des Steuertransformators sind und die Spannungen und-UE--die Spannungen der Hilfswicklung-E--sind. Die Spannungen-UL
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Umschaltdauer des Sättigungswandlers beeinflussen.
Da die Umschaltzeit von der Einwirkungsdauer der Spannungen an den Hilfswicklungen-E und H-abhängt, tritt eine stabilisierende Wirkung ein. Da der Fehler von Haus aus durch Toleranzen der Transistoren T1, T2 um Null ist, ist dieser beispielsweise durch bewusstes Asymmetrieren des Sättigungswandlers 8mit Hilfe des Einstellreglers--P--kompensierbar. Es muss daher nur eine Änderung dieser Einstellung ausgeregelt werden.
Schliesslich sei darauf hingewiesen, dass lediglich jene Schaltungsverknüpfungen bzw. Bauelemente
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Hauptlast und für eine Lampe abgreifbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. 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, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass je eine Hilfswicklung (E, H) des Haupttransformators (4) in Reihe mit der jedem elektronischen Schalter zugeordneten Primärwicklung (L, N) des Steuertransformators (7)
geschalten ist und die Schalteinrichtung (8) für den Steuertransformator (7) mit der Speisespannungsquelle der Schalteinrichtung (8) verbinden, wobei die Primärwicklungen (L, N) des Steuertransformators (7) derart bemessen sind, dass nur bei spannungserhöhendem Einfluss der in Reihe geschalteten Hilfswicklungen (E, H) der jeweilige elektronische Schalter (5,6) durchsteuerbar ist.
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