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Die Erfindung betrifft eine wechselstromgespeiste, als Spannungsteiler wirkende Spannungs- wandlerschaltung, insbesondere Netzgerät, mit mehreren, über zwischengeschaltete Halbleiter-Gleich- richter einer Durchlassrichtung und mit einem solchen Halbleiter-Gleichrichter in Serie in einem
Ladekreis liegenden Kondensatoren, die überdies unter Entkopplung mittels in der Gegenphase durchlässige Halbleiter-Gleichrichter in Querstrompfaden an einem Ausgang liegen, wobei diesem
Ausgang eine Transistorschaltung zugeordnet ist.
Es ist an sich bekannt, Spannungswandlerschaltungen mit mehreren umladbaren Kondensa- toren zu versehen, die einerseits zusammen mit zwischengeschalteten Gleichrichtern einem gemeinsamen Serienstrompfad und die anderseits zwischen je zwei weitere Gleichrichter geschaltet sind und mit diesen quer zum Serienstrompfad verlaufende Querstrompfade bilden. Solcherart ausgebildete Spannungswandlerschaltungen werden üblicherweise über die Querstromkreise mit niedriger Spannung angespeist, in denen die Kondensatoren aufgeladen werden. Nach ihrer Aufladung werden die Kondensatoren unter Zuhilfenahme zusätzlicher Schaltmittel in den Serienstrompfad geschaltet, in dem sich ihre Ladespannungen addieren, so dass sich bei Entladung aller Kondensatoren über den Serienstromkreis eine entsprechend der Anzahl der Kondensatoren vervielfachte Ausgangsspannung ergibt.
Solche der Spannungsvervielfachung dienende Schaltungen sind beispielsweise in der US-PS Nr. 3, 824, 447 und in der DD-PS Nr. 85806 beschrieben.
Es ist aber auch eine auf der Basis der Spannungsteiler arbeitende Spannungswandlerschaltung durch die DE-OS 3239432 bekanntgeworden, bei der zwei Kondensatoren mit Hilfe von vier einzeln angesteuerten Transistoren abwechselnd in Serie aufgeladen und zueinander parallelgeschaltet werden. Hiebei handelt es sich jedoch nicht um eine belastbare Spannungsquelle.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Spannungswandlerschaltung zu schaffen, die eine gegenüber der Eingangswechselspannung erniedrigte Ausgangsgleichspannung erzeugt und die unter Vermeidung von Vorschaltimpedanzen mit hohem Platz- und Energieaufwand und mit minimalem Aufwand an Schaltelementen eine Gleichstromversorgung auch für hohen Strombedarf gewährleistet und überdies ein mit einer Netzklemme potentialgleiches und einheitliches Bezugspotential für alle Bauteile ermöglicht. Die Erfindung bedient sich hiezu der Umkehrung der für die Spannungsvervielfachung angewendeten Arbeitsweise der Spannungswandlerschaltung, allerdings unter erheblicher Reduzierung der hiefür erforderlichen Halbleiterschalter.
Wesentliche Vorteile erbringt die erfindungsgemässe Spannungswandlerschaltung jedoch in Anwendung als Netzgerät zur Hilfsspannungserzeugung in netzspannungsversorgten Geräten, wofür üblicherweise Transformatoren oder Vorwiderstände verwendet werden. Transformatoren sind relativ teuer und haben einen grossen Platzbedarf, der besonders bei kleinen Geräten ins Gewicht fällt. Vorschaltwiderstände ergeben insbesondere bei etwas höherem Strombedarf des von der Hilfsspannung gespeisten Gerätes eine hohe Verlustleistung und damit eine starke Erwärmung.
Bei Geräten mit extrem kleinem Strombedarf werden manchmal netzspannungsfeste Kondensatoren verwendet, die aber auch einen grossen Platzbedarf haben.
Im Fall von Gleichstrombedarf für das zu versorgende Gerät bedürfen die nach den erwähnten Methoden gewonnenen Ströme noch der Gleichrichtung, die zusätzliche Probleme schafft, so
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mit Operationsverstärkern oder mit Mikroprozessoren. In solchen Geräten ist normalerweise ein einheitliches Bezugspotential (Masse) für alle Bauteile erforderlich. Wenn jedoch die die elektronischen Bauteile mit gleichgerichteter Hilfsspannung versorgende Schaltung eine Vollweggleichrichterschaltung ist, dann ist zwischen dem Grundpotential des Wechselstrom-Eingangs und dem Grundpotential des Gleichstrom-Ausgangs stets eine Potentialdifferenz, die vom Spannungsabfall an einem der Gleichrichter stammt.
In Geräten, die ein einheitliches Bezugspotential für alle Bauteile benötigen, ist daher die bekannte Vollweggleichrichterschaltung nicht brauchbar und es wird im allgemeinen eine Einweggleichrichtung vorgezogen, obwohl diese gegenüber der Vollweggleichrichtung nur den halben Strom liefert.
Alle genannten Vorteile der Erfindung sind durch ihren einfachen Aufbau bedingt, der erfindungsgemäss dadurch erzielt wird, dass der in der Serienschaltung letzte Kondensator als Pufferkondensator unmittelbar an den Ausgang geschaltet ist und dass der bzw. die den bzw.
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einen der weiteren Kondensator (en) enthaltende (n) Querstromkreise (n) mit jeweils vor-und nachgeschaltetem Entkopplungs-Halbleiter-Gleichrichter über die als während der Phase, für die die Serienschaltung undurchlässig ist, von der Eingangsspannung durchgeschalteter Halbleiterschalter ausgebildete Transistorschaltung parallel in einen an den Ausgang parallel zum Pufferkondensator geführten Entladekreis geschaltet sind, wobei die Halbleiter-Gleichrichter Dioden sind.
Einzelne Varianten der erfindungsgemässen Schaltung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen die Fig. 1 die einfachste Ausführung der Erfindung und die Fig. 2 eine spezielle Ansteuerschaltung. In der Fig. 3 ist eine Ausführung der Erfindung dargestellt, welche die gleiche Polarität der Ausgangsspannung liefert, wie Fig. l, die jedoch gegenüber Fig. 1 die entgegengesetzte Polarität des Ladestroms benutzt. Eine zweistufige Steuerschaltung hiezu ist in Fig. 4 dargestellt. Während die Ausführungen nach den Fig. 1 und 3 nur Halbwellen jeweils einer Polarität auswerten, ist in Fig. 5 eine Schaltung gezeigt, die die Halbwellen beider Polaritäten nutzt. Zwei Sparschaltungen zur Minimierung der Verlustleistung sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
Für die in den Zeichnungen dargestellten Bestandteile sind die folgenden Bezugszeichen verwendet : - Eingangsklemmen ;-A-- Ausgangsklemmen ;-C1, C2, C3 und C5 bis Cll-Speicher- kondensatoren ;-C4-- Pufferkondensator.--DA1 bis DA11-- Dioden in den Serienstrompfaden ;
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tor im Eingangskreis ;-DE--Diode im Eingangskreis ;-K--Kontakt ;-Th-- Thyristor mit Steueranschluss ;-SW-Spannungswandlerschaltung.
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sehen, die zusammen mit einem Pufferkondensator --C4-- und mit zwischengeschalteten Dioden - -DA1, DA2, DA3-- und einer zum Ausgang führenden Diode --DA4-- in einem Serienstrompfad
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bewirkt.
Während der darauffolgenden, entgegengesetzt gepolten Halbwelle sperrt die genannte Diode --DA1-- einen gegenläufigen Stromfluss über diesen Strompfad.
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pfade, die zueinander parallelgeschaltet sind und die alle gemeinsam über die Schaltstrecke eines Transistors --T1-- an den Ausgang schaltbar sind, dessen Klemmen mit-A--bezeichnet sind. Während jener Halbwellen der Eingangsspannung, während welcher der der Aufladung dienende Serienstrompfad gesperrt ist, öffnet der Transistor --T1--, der von der Eingangsspannung über einen Widerstand --R1-- angesteuert wird, seine Schaltstrecke und ermöglicht dadurch die Entladung der drei Speicherkondensatoren --C1, C2 und C3-- in den Ausgangskreis.
Dadurch gelangt während jeder zweiten Halbwelle ein Stromstross jeweils einer Polarität in den Ausgangskreis.
Während die Schaltung der Fig. 1 zwecks deutlicher Darlegung ihrer Wirkungsweise vereinfacht dargestellt ist, zeigt die Fig. 2 den durch strichlierte Linien abgegrenzten Teil der Fig. 1 mit einer verbesserten Ansteuerschaltung für den Transistor --T1-- mittels eines zweiten Transistors --T2--, wobei der Steuerstrombedarf verringert und der Widerstand --R1-- entsprechend grösser bemessen werden kann.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemässe Spannungswandlerschaltung mit den Speicherkondensa- toren-C5, C6 und C7--, und entsprechend bezeichneten Dioden, von denen jedoch die im Serienstrompfad eingeschalteten Dioden --DA5, DA6 und DA7-- entgegengesetzt gepolt sind wie die entsprechenden Dioden bei der Ausführung nach Fig. 1. Dadurch werden im Ausgangskreis zufolge der Ansteuerung der Querstromkreise über den Transistor --T3-- Stromstösse während jeder zweiten Halbwelle erhalten, die jedoch die entgegengesetzte Polarität aufweisen wie die von der Schaltung nach Fig. 1 erhaltenen Stromstösse. Eine verbesserte Ansteuerung des Transistors --T3-- zeigt die Fig. 4.
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Zur Erzielung von Stromstössen bei allen Halbwellen, unabhängig von ihrer Polarität dient die Schaltung nach Fig. 5, die also eine Vollweggleichrichtung bewirkt. Hiezu sind zwei Spannungs- wandlerschaltungen kombiniert, u. zw. je eine von den Schaltungen nach den Fig. 1 und 3. Der
Einfachheit halber sind diese beiden Schaltungen mit nur je zwei Speicherkondensatoren --C8, C9 'und ClO. Cll-- dargestellt. Zufolge des polaritäts- und phasengerechten Anschlusses der beiden
Einzelschaltungen an den Ausgang --A-- ergibt sich die gewünschte Vollweggleichrichtung zu- folge des Gegentaktbetriebes beider Schaltungen.
Bei dieser Schaltung ist zur Verlustleistungsreduktion zusätzlich eine praktisch verlust- freie Vorschaltimpedanz --ZE-- in den Eingangskreis geschaltet, die entweder ein Kondensator oder eine Drosselspule sein kann.
Eine weitere Leistungsersparnis ist erzielbar, wenn wie in Fig. 6 dargestellt, die gan- ze Spannungswandlerschaltung --SW-- mit einem Kondensator --CE-- als im Eingang liegende
Impedanz ausgestattet ist und zusätzlich mit einem mechanischen oder elektronischen Kontakt - im Eingangskreis bei Nichtbenutzung kurzgeschlossen wird.
Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung gestattet eine Vorstabilisierung der Ausgangsgleichspan- nung. Diese, mit zwei Speicherkondensatoren-Cl und C2-- ausgestattete Schaltung weist den gleichen Aufbau auf wie die Schaltung nach Fig. l, nur mit dem Unterschied, dass der über die Kondensatoren sowie über die zugehörigen Dioden-DA1....-verlaufende Serienstrom- pfad einen Nebenschluss in Form eines steuerbaren Thyristors --Th-- aufweist, der auf beliebige
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tete Diode --DE-- dient der Führung von Rückströmen der Vorschaltimpedanz.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wechselstromgespeiste, als Spannungsteiler wirkende Spannungswandlerschaltung, insbesondere Netzgerät, mit mehreren, über zwischengeschaltete Halbleiter-Gleichrichter einer Durchlassrichtung und einem solchen Halbleiter-Gleichrichter in Serie in einem Ladekreis liegenden Kondensatoren, die überdies unter Entkopplung mittels in der Gegenphase durchlässige Halbleiter- - Gleichrichter in Querstrompfaden an einem Ausgang liegen, wobei diesem Ausgang eine Transistorschaltung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Serienschaltung letzte Kondensator (C4) als Pufferkondensator unmittelbar an den Ausgang (A) geschaltet ist und dass der bzw. die den bzw.
einen der weiteren Kondensator (en) (C1, C2, C3) enthaltende (n) Querstromkreise (n) mit jeweils vor-und nachgeschaltetem Entkopplungs-Halbleiter-Gleichrichter (DE'l. DEl ;
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Pufferkondensator (C4) geführten Entladekreis geschaltet sind, wobei die Halbleiter-Gleichrichter (DA1.... DA4 ; DE'1.... DE3) Dioden sind.