CH589965A5 - DC:DC converter with increased efficiency - has input voltage added to output voltage from converting circuit - Google Patents

DC:DC converter with increased efficiency - has input voltage added to output voltage from converting circuit

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CH589965A5
CH589965A5 CH1511375A CH1511375A CH589965A5 CH 589965 A5 CH589965 A5 CH 589965A5 CH 1511375 A CH1511375 A CH 1511375A CH 1511375 A CH1511375 A CH 1511375A CH 589965 A5 CH589965 A5 CH 589965A5
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
    • H02M3/3372Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration of the parallel type

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  • Power Engineering (AREA)
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Description


  
 



   Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Gleichspannungswandler und mit einer eine   primiire    Gleichspannung liefernden Quelle zur Erzeugung einer   sekundären    Gleichspannung.



   Die Schaltungsanordnung eines bekannten Gleichspannungswandlers (Wandlers) ist in Fig. 1 abgebildet. Die umzu   wandelnde      (primärseitige)    Gleichspannung liegt zwischen den Eingangsklemmen +UB   und -U.    Die umgewandelte Gleichspannung erscheint an den Ausgangsklemmen +UA   und -UA.   



  Die Arbeitsweise des Wandlers ist im wesentlichen so, dass die beiden Schalttransistoren 1 und 2 von einer Steuereinheit 3 abwechselnd durchgeschaltet werden. Die vom Transformator 4 transformierte Spannung wird nach Gleichrichtung durch die Dioden 5 und 6 dem Verbraucher   zugefihrt.   



   Der Nachteil des bekannten Wandlers besteht darin, dass der Wirkungsgrad   verhiiftnismiissig    klein ist. Dies findet seine Ursache darin, dass die ganze umgewandelte Leistung den Wandler vom Eingang bis Ausgang durchlaufen muss, was mit entsprechenden Verlusten einhergeht. Der erreichbare Wirkungsgrad bietet im Bereich   grösserer    Leistungen   Wärmeab-    fuhrprobleme.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler der eingangs definierten Art zu schaffen, der einen höheren Wirkungsgrad aufweist.   Gemäss    der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch   gelt,    dass der Ausgang des Wandlers in Reihe zu der Gleichspannungsquelle geschaltet ist, so dass die   sekundire    Gleichspannung gleich der Summe aus der   primlren    Gleichspannung und der Ausgangsspannung des Wandlers ist.



   Eine bevorzugte   Ausfiihrungsform    des Erfindungsgegenstandes weist einen Gleichspannungswandler mit eingangsseitig zwei Schalttransistoren, die   primirseitig    mit einem Transformator in Gegentaktschaltung verbunden sind, und mit einer Steuervorrichtung zum abwechselnden Ansteuern der Schalttransistoren auf. Die Gleichspannungsquelle ist dabei einerseits mit dem   primiirseitigen    Mittelabgriff des Transformators und anderseits mit den Schalttransistoren verbunden. Weiterhin weist der Wandler ausgangsseitig in Mittelpunktschaltung mit der   Sekundirseite    des Transformators verbundene Dioden auf.

  Diese Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem   primirseitigen    Mittelabgriff des Transformators verbundene Pol der Gleichspannungsquelle   zusätzlich    mit dem   sekundiirseitigen    Mittelabgriff verbunden ist.



     Gemäss    einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist der Transformator ein Autotransformator, so dass die Verluste weiterhin verkleinert werden. Auch ist der   Kupferftillfaktor    eines solchen Transformators   grosser.   



   Ist eine kleinere oder   griissere    Ausgangsspannung er   wtinscht    als die Summe der transformierten Spannung und der Batteriespannung, so kann jede   Wicklungshilfte    des Autotransformators mit einem entsprechenden Abgriff   fir    die Dioden versehen sein.



   Zum Zwecke einer Stabilisierung der Ausgangsspannung des Wandlers kann dieser mit einem Regler versehen sein, dessen   Regelgrösse    die Ausgangsspannung des Wandlers ist und dessen   Stellgrösse    der Winkel des Phasenanschnittes der Dioden ist, die steuerbar   ausgeffihrt    sind.



   Die Spannungsstabilisierung kann ebenfalls verwirklicht sein, indem der Wandler mit einem Regler versehen ist, dessen   Regelgrösse    die Ausgangsspannung des Wandlers ist und dessen   Stellgrösse    die Durchschaltzeit der Schalttransistoren ist.



   Einige   Ausfiihrungsbeispiele    des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den bekannten Wandler,
Fig. 2 einen Wandler   gemäss    der Erfindung,
Fig. 3-5   gegenflber    Fig. 2 abgewandelte Ausfiihrungsformen,
Fig. 6 und 7 Wandler mit Ausgangsspannungsstabilisierung,
Fig. 8 einen Wandler mit abgewandelter Schaltungsanordnung,
Fig. 9 einen Wandler im Blockschaltbild.



   In dem   Ausfflhrungsbeispiel    der Erfindung   remiss    Fig. 2 ist die vom Wandler umzuwandelnde Gleichspannung durch eine Batterie 10 dargestellt. Die umgewandelte Gleichspannung erscheint an den Ausgangsklemmen +UB   und -UA    des Wandlers. Zwischen diesen Ausgangsklemmen ist ein Verbraucher 11 geschaltet. Der Pluspol 12 der Batterie 10 ist   tiber    eine Leitung 13 mit einem Mittelabgriff 14 der   p rimiren    Wicklung 15 eines Transformators 16 verbunden. Der Pluspol 12 der Batterie 10 ist weiterhin   zusätzlich      fiber    eine Leitung 18 mit einem Mittelabgriff 19 der   sekundaren    Wicklung 20 des Transformators 16 verbunden.

  Weiterhin ist eingangsseitig des   Wandlers eine Steuervorrichtung 25 vorgesehen, welche zwei S rgesehen Schalttransistoren 26 und 27, die je mit einem Ende der pri      mären    Wicklung 15 des Trarisformators 16 verbunden sind, abwechslungsweise durchschaltet. An die   Sekundärwicklung    20 des Transformators 16 sind zwei Dioden 28 und 29 in   Mit-    telpunktschaltung angeschlossen. Die Dioden bilden kathodenseitig die Ausgangsklemme +UA des Wandlers. Zur Siebung der Ausgangsspannung liegt ein Kondensator 30 zwischen +UA   und UA.   



   Der Wandler arbeitet wie folgt:
Wird im Betrieb des Wandlers der Schalttransistor 26 von der Steuervorrichtung 25 durchgeschaltet, so beginnt ein linear ansteigender Strom von der Batterie 10 durch die Wicklungshälfte 15a des Transformators 16, den Schalttransistor 26 und   zurick    zum Minuspol der Batterie zu fliessen. Folglich erscheint   tiber    dem Teil 20a der Sekundärwicklung 20 des Transformators eine induzierte Spannung. Diese Spannung wird von der Diode 29 durchgelassen. Die Spannung Uw zwischen dem Mittelabgriff 19 und den gemeinsamen Kathoden der Dioden 28 und 29 - steht in Reihe mit der Batteriespannung   Ug,    SO dass am Verbraucher 11 die Summe der beiden Teilspannungen auftritt.

  Beim anschliessenden Sperren des Schalttransistors 26 und Durchschalten des Schalttransistors 27 durch die Steuervorrichtung 25 wiederholt sich der beschriebene Vorgang in der   Wicklungshälfte    15b und der   Sekundärwicklung    20b des Transformators 16 und in der Diode 28. Es folgt, dass die Batteriespannung bei jedem Durchschalten der Schalttransistoren unmittelbar, d. h. nicht   fiber    den Verlustweg, den der Wandler darstellt,   ais    Teilspannung zusammen mit der transformierten Spannung am Verbraucher 11 anliegt. Somit ist der Wirkungsgrad der gesamten Anordnung entsprechend höher.

  Vom Wandler wird nur noch ein Teil der Leistung   tibertragen,    so dass die beiden Transistoren und der Transformator   fir    kleinere als die am Verbraucher geforderte Leistung ausgelegt werden   können.    Das Resultat ist, dass der Wandler kleinere Abmessungen aufweisen kann.



   Bei dem   Ausfiihrungsbeispiel    des Wandlers   gemiss    Fig. 3 ist an Stelle des Trenntransformators 16 von Fig. 2 ein Autotransformator 35 angeordnet. Der primir- und   sekundärseitige    Mittelabgriff des Transformators 35 ist hier ein gemeinsamer Mittelabgriff 36. Auch hier addiert sich die Spannung einer Batterie 37 zu der jeweils in einer der   Wicklungshälften    38 oder 39 des Autotransformators induzierten Spannung. Der Vorteil des Autotransformators liegt in seinem   grösseren      Kupfeiftillfaktor,    so dass die Verluste des Wandlers abermals verringert sind.

 

   Beim   Ausftihrungsbeispiel    des Wandlers   remiss    Fig. 4 ist ein Autotransformator 45 verwendet, dessen   Wickiungshilften    46 und 47 je mit einem Abgriff 48   bzw. 49    versehen sind, an welche die Dioden 50 bzw. 51 angeschlossen sind. Diese Aus   ftihrungsform    findet Verwendung, wenn die Ausgangsspannung der Anordnung nicht, wie   gemiss    Fig. 3, gleich der   Summe der Batteriespannung und der Transformatorwicklungsspannung sein muss, sondern gleich der Summe der Batteriespannung und einem Teil der   primiren    Wicklungsspannung. In diesem   Ausffihrungsbeispiel    ist die Summenspannung gleich der Summe der Spannung einer Batterie 52 und der Spannung des Wicklungsteils 47a des Transformators 45.



   Beim   Ausfflhrungsbeispiel      gemiss    Fig. 5 wird die sekun   dire    Wandlerspannung   grosser    als diejenige der   Primirwick-    lung. Bei durchgeschaltetem Transistor 57, wenn ein Wicklungsteil 56a eines Transformators 56 Strom   ffihrt,    ist die Ausgangsspannung des Wandlers gleich der Summe der Spannung einer Batterie 57 und der Spannung eines Wicklungsteils 56b des Transformators 56. Die Ausgangsspannung an den Klemmen +UA und -UA des Wandlers ist somit um die am Wicklungsteil 56c des Transformators anstehende Spannung höher als in der Anordnung   gemiss    Fig. 3.



   Beim Wandler   gemiss    Fig. 6 ist eine Stabilisierung der Ausgangsspannung vorgesehen. Statt Dioden sind hier Thyristoren 60 und 61 verwendet. Es sind weiterhin ein Regler 62 und eine Vorrichtung 63 zur Steuerung des Phasenwinkelanschnittes der Thyristoren 60 und 61 vorgesehen. Der Regler 62 ist eingangsseitig   fiber    Leitungen 64 und 65 mit den Aus   gangsklemmen    +UA   und -UA    verbunden.



   Die Ausgangsspannung bildet somit die   Regelgrösse      fir    den Regler. Die Steuervorrichtung 63 ist   fiber    Leitungen 66 und 67 mit den   Ziindelektroden    68 bzw. 69 der Thyristoren verbunden. Im Regler 62 findet ein Vergleich zwischen der momentanen Ausgangsspannung und einem am Regler eingestellten Sollwert statt. Das resultierende Stellsignal   fir    den Phasenwinkel wird   fiber    eine Leitung 70 der Steuervorrichtung 63   zugeffihrt,    die die   Ziindelektroden    68 und 69 entsprechend beeinflusst, so dass die Breite der gleichgerichteten, von einem Transformator 71 erzeugten Stromimpulse gesteuert werden.



  Eine Freilaufdiode ist mit 72 bezeichnet und liegt in Reihe mit einem Tiefpass, bestehend aus einer Drossel 73 und einem Kondensator 74.



   Beim   Ausfiihrungsbeispiel      remiss    Fig. 7 wird die Ausgangsspannung des Wandlers stabilisiert durch Steuerung des   Tastverhiltnisses    der Schalttransistoren. Wie in Fig. 7 ersichtlich, steht eine Steuervorrichtung 80 zum abwechselnden Durchschalten der Transistoren 81 und 82   fiber    eine Leitung 83 in Verbindung mit einem Regler 84, der eingangsseitig mit den Ausgangsklemmen +UA   und -UA    des Wandlers verbunden ist. Im Regler 84 findet wiederum ein Vergleich zwischen der momentanen Ausgangsspannung und einem Sollwert statt.



  Das gebildete   Stelisignal    erreicht   fiber    die Leitung 83 die Steuervorrichtung 80, die die Durchschaltezeit der Schalttransistoren 81 und 82 entsprechend steuert und damit die Impulsbreite der von einem Transformator 85 transformierten Impulse.



     Selbstverstindlich    kann die Durchschaltezeit der Schalttransistoren statt in   Abhingigkeit    der Ausgangsspannung des Wandlers in   Abhingigkeit    einer anderen   Regelgrdsse    geregelt werden, welche der Steuervorrichtung 80 eingegeben wird.



   Bei Verwendung von   pnp-Schalttransistoren    statt der in den   Ausfiihrungsbeispielen    verwendeten npn-Schalttransistoren entsteht eine Schaltungsanordnung   gemiss    Fig. 8. Eine Batterie 90 ist einerseits mit einem Mittelabgriff 91 einer Primärwicklung 92a eines Transformators 92 und anderseits mit einem Mittelabgriff 93 einer Sekundärwicklung 92b des Transformators 92 und mit der Emitterseite der Schalttransistoren 94 und 95 verbunden. Wie ersichtlich liegt bei durchgeschaltetem Schalttransistor 94 (95) der   Wicklungshllfte    92b' (92b") der Sekundärwicklung 92b des Transformators 92 in Reihe   fiber    einem Verbraucher 96 mit der Spannung der Batterie 90.



   Weitere durch   Polarititswechsel    bedingte Schaltungsanordnungen sind möglich. All diesen Schaltungsanordnungen ist der Erfindungsgedanke gemeinsam, dass die Ausgangsspannung des Wandlers in Reihe mit der dem Wandler   primirseitig      zugefiihrten    Gleichspannung liegt. Das allen Anordnungen gemeinsame Blockschaltbild zeigt Fig. 9. Der Wandler als Ganzer, aber ohne Batterie, ist mit 100 bezeichnet. Eine pri   mire    Seite 100a des Wandlers 100 ist   fiber    Leitungen 101 und 102 mit einer Batterie 103 verbunden, so dass die Eingangsspannung U1 des Waridlers gleich der Batterispannung   Ug    ist.

 

  Der   primire    Strom des Wandlers ist mit   I1    bezeichnet.



   Eine   sekundire    Seite lOOb des Wandlers 100 ist mit derselben Batterie 103 verbunden, so dass die Ausgangsspannung U2 des Wandlers in Reihe mit der Batteriespannung   Ug    liegt.



  Somit liegt   fiber    einem angeschlossenen Verbraucher 104 die Summenspannung U2 +   Ug.    Der sekundäre Strom durch den Verbraucher ist mit   12    bezeichnet. 

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH
    Anordnung mit einem Gleichspannungswandler und mit einer eine prime Gleichspannung liefernden Quelle zur Erzeugung einer sekundiren Gleichspannung, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Wandlers in Reihe zu der Gleichspannungsquelle geschaltet ist, so dass die sekundäre Gleichspannung gleich der Summe aus der primären Gleichspannung und der Ausgangsspannung des Wandlers ist.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, mit eingangsseitig des Wandlers zwei Schalttransistoren, die mit der Primirseite eines Transformators in Gegentaktschaltung verbunden sind, und einer Steuervorrichtung zum abwechselnden Ansteuern der Schalttransistoren, wobei die Gleichspannungsquelle einerseits mit dem primirseitigen Mittelabgriff des Transformators und anderseits mit den Schalttransistoren verbunden ist, und weiter mit ausgangsseitig des Wandlers vorgesehenen, mit der Sekun därseite des Transformators in Gegentaktschaltung verbundenen Dioden, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem primim seitigen Mittelabgriff des Transformators verbundene Pol der Gleichspannungsquelle auch mit dem sekundirseitigen Mittelabgriff verbunden ist.
    2. Anordnung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator ein Autotransformator ist.
    3. Anordnung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Diode mit einem Abgriff einer Wicklungshälfte des Transformators verbunden ist.
    4. Anordnung nach einem der Unteranspriiche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler mit einem Regler versehen ist, dessen Regelgrösse die Ausgangsspannung des Wandlers ist und dessen Stellgrösse der Winkel des Phasenanschnittes der Dioden ist, die steuerbar ausgefiihrt sind.
    5. Anordnung nach einem der Unteranspriiche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler mit einem Regler versehen ist, dessen Regelgrösse die Ausgangsspannung des Wandlers ist und dessen Stellgriisse das Tastverhiiltnis der Schalttransistoren ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0455062A1 (de) * 1990-04-25 1991-11-06 Siemens Nixdorf Informationssysteme Aktiengesellschaft Stromgespeister Gegentaktwandler

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EP0455062A1 (de) * 1990-04-25 1991-11-06 Siemens Nixdorf Informationssysteme Aktiengesellschaft Stromgespeister Gegentaktwandler

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