CH695962A5 - Vorrichtung für die Prüfung von isolierten Leitern unter Hochspannung und Oszillatorschaltung für die Verwendung mit derselben. - Google Patents

Description

  Gebiet der Erfindung

[0001] Diese Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung für die Prüfung von isolierten elektrischen Leitern und insbesondere ein Funkenprüfgerät, welches eine hybride bipolar-FET-Leistungs-Oszillatorschaltung zur Verbesserung des Leistungswirkungsgrades.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Bei der Dauerprüfung der Isolation eines isolierten Leiters ist es heute eine übliche Praktik, ein Sinuswellen-Wechselstrompotential unter Hochspannung bei einer Frequenz zwischen ungefähr 500 Hz und etwa 5000 Hz zu verwenden. Ein Verfahren, um diese Prüfspannung zu erzeugen, verwendet einen selbsterregenden Schwingkreis, welcher bei der Anti-Resonanzfrequenz des Hochspannungstransformators betrieben wird, und die Kapazität des zu prüfenden Produktes zur Prüfelektrode. Eine geeignete Schaltung für diesen Zweck wird im U.S.

   Patent Nr. 4 952 880 desselben Erfinders beschrieben, dessen Offenbarung im vorliegenden Dokument durch Bezugnahme eingeschlossen wird.

[0003] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Oszillatorschaltung zur Verwendung mit einer Isolationsprüfvorrichtung zu schaffen, welche den Wirkungsgrad des Oszillators verbessert, um damit die an die Last abgegebene Leistung zu erhöhen und gleichzeitig die Notwendigkeit von Kühlkörpern oder einer Zwangsluftkühlung überflüssig zu machen.

[0004] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prüfvorrichtung für Isolationen zu schaffen, welche es ermöglicht, den Hochspannungsausgang kurz zu schliessen, ohne die Schaltungsbestandteile zu beschädigen,

   und welche nach der Beseitigung des Kurzschlusses eine schnelle Erholung des Hochspannungspotentials auf dessen voreingestellten Wert zu ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

[0005] In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Oszillatorschaltung zur Verwendung mit einer Prüfvorrichtung für Isolationen einen Transformator, der eine Primärwicklung und mindestens eine Sekundärwicklung aufweist. Die Sekundärwicklung ist dazu bestimmt, über eine externe Last gekoppelt zu werden. Mindestens ein bipolarer Flächentransistor wird in einem Schwingkreis verwendet und ist mit der Primärwicklung des Transformators gekoppelt, um eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen. Mindestens ein Feldeffekttransistor ist parallel mit dem bipolaren Flächentransistor gekoppelt.

   Es sind Mittel vorgesehen, welche den Feldeffekttransistor derart betätigen, dass er mit dem bipolaren Flächentransistor bei einer Erregung der Primärwicklung des Transformators leitet, wobei der durch die Primärwicklung geleitete Strom im Wesentlichen vom bipolaren Flächentransistor zum Feldeffekttransistor abgezweigt wird, um dadurch den Leistungsverlust wesentlich zu verringern, der aufträte, wenn der Strom nur durch den bipolaren Flächentransistor geleitet würde.

[0006] In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Oszillatorschaltung zur Verwendung mit einer Prüfvorrichtung für Isolationen einen Transformator, der eine Primärwicklung und mindestens eine Sekundärwicklung aufweist. Die Sekundärwicklung ist dazu bestimmt, über eine externe Last gekoppelt zu werden.

   Ein erster und ein zweiter bipolarer Flächentransistor sind in einer Gegentakt-("push-pull"-)Betriebsweise gekoppelt und mit der Primärwicklung des Transformators gekoppelt, um eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen. Die Primärwicklung weist zwei Enden auf, von denen jedes mit einem entsprechenden Kollektor des ersten und zweiten bipolaren Flächentransistors gekoppelt ist. Der erste und der zweite Feldeffekttransistor sind parallel mit dem ersten bzw. dem zweiten bipolaren Flächentransistor gekoppelt.

   Ferner sind Mittel vorgesehen, welche den ersten und den zweiten Feldeffekttransistor derart betätigen, dass sie synchron mit dem ersten bzw. dem zweiten Flächentransistor bei Erregung der Primärwicklung des Transformators leiten, wobei der durch die Primärwicklung geleitete Strom im Wesentlichen von den bipolaren Flächentransistoren zu den Feldeffekttransistoren abgezweigt wird, um dadurch den Leistungsverlust wesentlich zu verringern, der aufträte, wenn der Strom nur durch die bipolaren Flächentransistoren geleitet würde.

[0007] Wenn der Oszillator in einer Gegentakt-Konfiguration verwendet wird, umfasst der Transformator vorzugsweise eine zweite Sekundärwicklung und die Betätigungsmittel einen Niederspannungsschalter, welcher mit der zweiten Sekundärwicklung gekoppelt ist, um bei Erregung der zusätzlichen Sekundärwicklung geschlossen zu werden,

   sowie eine Treiberschaltung, welche durch den Niederspannungsschalter gespeist wird, um den ersten und zweiten Feldeffekttransistor zu triggern, damit diese im Wesentlichen synchron mit dem ersten bzw. dem zweiten bipolaren Flächentransistor leiten.

[0008] Die Treiberschaltung weist vorzugsweise erste und zweite digitale Ausgänge auf, die jeweils mit den Gates des ersten und zweiten Feldeffekttransistors derart gekoppelt sind, dass der erste Ausgang der Treiberschaltung einen relativ zum zweiten Ausgang des Treibers entgegengesetzten Digitalzustand aufweist, um dadurch im Wesentlichen synchron mit dem ersten bzw.

   dem zweiten bipolaren Flächentransistor zu leiten.

[0009] In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Prüfung der Isolation von elektrischen Leitern eine Elektrode, durch welche ein isolierter elektrischer Leiter hindurchgeführt wird. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Oszillatorschaltung, welche einen Transformator mit einer Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung aufweist. Die Sekundärwicklung ist zwischen die Elektrode und Erde zu koppeln. Mindestens ein bipolarer Flächentransistor wird in einem Oszillatorkreis verwendet und mit der Primärwicklung des Transformators gekoppelt, um eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen. Mindestens ein Feldeffekttransistor ist parallel zum bipolaren Flächentransistor gekoppelt.

   Ferner sind Mittel vorgesehen, welche den Feldeffekttransistor derart betätigen, dass er mit dem bipolaren Flächentransistor leitet, wenn die Transformatorwicklungen erregt werden und ein Oszillatorsignal im Schwingkreis eine vorbestimmte Spannung erreicht, wobei der durch die Primärwicklung geleitete Strom im Wesentlichen vom bipolaren Flächentransistor zum Feldeffekttransistor abgezweigt wird, um dadurch den Leistungsverlust wesentlich zu verringern, der aufträte, wenn der Strom nur durch den bipolaren Flächentransistor geleitet würde.

[0010] Vorzugsweise umfassen die Betätigungsmittel eine Abtast- und Speicherschaltung ("sample and hold"), welche einen Schalter ausweist, der mit einem Ladekondensator gekoppelt ist,

   um einen Spannungsregelkreis zu öffnen und um über den aufgeladenen Kondensator die Versorgungsspannung zur Oszillatorschaltung aufrechtzuerhalten.

[0011] Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Widerstand und der entsprechende Spannungsabfall über den Feldeffekttransistoren im Vergleich mit dem Spannungsabfall über den bipolaren Flächentransistoren extrem gering ist.

   Dies führt zu einer Abzweigung des grössten Teils des Stroms von den bipolaren Flächentransistoren zu den Feldeffekttransistoren, so dass Leistungsverluste durch die Transistoren fast gänzlich eliminiert werden.

[0012] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Vorrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert, es möglich macht, dass der Hochspannungsausgang kurzgeschlossen wird, ohne Schäden an den Schaltungsbestandteilen zu verursachen sowie nach Wegfall des Kurzschlusses eine schnelle Erholung des Hochspannungspotentials auf den voreingestellten Wert ermöglicht.

[0013] Diese sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Zusammenhang mit der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Figuren klarer werden.

Aufzählung der Zeichnungen

[0014] Fig.

   1 illustriert schematisch eine Vorrichtung zur Prüfung von Isolationen, welche die vorliegende Erfindung verkörpert.

[0015] Mit Bezug auf die Fig. 1 wird eine Prüfvorrichtung für Isolationen, welche durch die vorliegende Erfindung verwirklicht wird, allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 verwendet eine Hochspannung, um die Isolation von elektrischen Leitern auf Defekte wie etwa blanken Draht oder feinste Löcher (Mikrolöcher) hin zu überprüfen.

[0016] Die Vorrichtung 10 umfasst eine Oszillatorschaltung mit einem Hochspannungstransformator 12, welcher eine Primärwicklung 14 und eine erste, zweite und dritte Sekundärwicklung 16, 18 bzw. 20 aufweist.

   Die erste Sekundärwicklung 16 ist eine Hochspannungswicklung, welche mit einer Last zu koppeln ist, die eine durch 22 dargestellte Kapazität und einen durch 24 dargestellten Widerstand aufweist, so dass die Wicklung 16 und die Lastkapazität 22 einen auf Antiresonanz abgestimmten Schaltkreis aufweisen. Die Sekundärwicklung 16 kann zum Beispiel mit einer Hochspannungs-Prüfelektrode 25 gekoppelt sein, durch welche ein isolierter, geerdeter Leiter bewegt wird.

   Die Sekundärwicklung 16 kann jedoch ebenfalls mit anderen Lastarten gekoppelt werden, ohne dass dies vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abweicht.

[0017] Die Oszillatorschaltung umfasst ferner einen ersten und zweiten bipolaren Flächentransistor (bipolar junction transistor, BJT) 26 bzw. 28, welche in einer "Gegentakt-Betriebsart" auf solche Art und Weise angeordnet sind, dass ein Transistor sich in einem vollständig leitenden Zustand befindet, wogegen sich der andere während eines halben Betriebszyklus in einem abgeschalteten Zustand befindet und wobei die Transistoren während der anderen Hälfte des Betriebszyklus entgegengesetzte Leitungszustände einnehmen.

   Obwohl die Oszillatorschaltung in einer Gegentakt-Konfiguration dargestellt ist, versteht es sich, dass die Oszillatorschaltung in eine Konfiguration mit einem Ende oder in anderen Konfigurationen ausgeführt werden kann, ohne dabei vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Kollektoren der Transistoren 26 und 28 sind mit Enden 29 bzw. 31 der Primärwicklung 14 des Transformators 12 verbunden. Die Emitter der Transistoren 26 und 28 sind miteinander und mit dem Erdpotential über einen Bias-Widerstand 33 verbunden. Es ist erkenntlich, dass eine Rechteckwelle zwischen dem Kollektor und dem Emitter von jeweils dem ersten und zweiten Transistor 26 und 28 gebildet wird. Das Auferlegen einer Rechteckwelle auf eine auf Gegentakt abgestimmte Schaltung führt zu grossen Wärmeverlusten in den Transistoren 26 und 28 und im Transformator 12.

   Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, dass vorzugsweise eine sinusförmige eher als eine Rechteckwelle über der Primärwicklung des Transformators 12 gebildet wird, und daher wird eine Spule oder Drossel 30 mit einer konstanten Stromcharakteristik mit einer mittleren Abgriffstelle 32 der Primärwicklung verbunden, um die Differenz der beiden Wellenformen zu absorbieren und dadurch die gewünschte sinusförmige Wellenform zu erzeugen. Das andere Ende der Drossel 30 ist mit einem Gleichstrompotential verbunden, welches zwischen, beispielsweise, etwa 0 Volt und etwa +32 Volt variiert werden kann.

   So weist die Oszillatorschaltung einen sehr stark verbesserten Wirkungsgrad auf, der das Resultat davon ist, dass die erzeugte Rechteckwelle nicht der im Gegentakt abgestimmten Schaltung auferlegt wird.

[0018] Entsprechend verringert die Verwendung der Spule 30 den Gleichstrom, der erforderlich ist, um eine vorgegebene Leistung an den Lastwiderstand 24 zu liefern, welche zwischen den Enden der ersten Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 angeschlossen ist.

   Die zweite Sekundärwicklung 18 des Transformators 12 weist Enden 34, 36 auf, die mit der Basis des ersten bzw. zweiten Transistors 26, 28 verbunden sind, um zum Zwecke der Erzeugung einer Schwingung eine positive Rückkopplung zu liefern.

[0019] Ein Tiefpassfilter wie, zum Beispiel, ein LC-Filter einschliesslich eines Strombegrenzungswiderstandes 42, einer Spule 43 und eines Kondensators 44, welcher jeweils zwischen der Basis der Transistoren 26 bzw. 28 angeschlossen ist, wird verwendet, um parasitäre Schwingungen zu unterdrücken. Ebenfalls zwischen den Basen angeschlossen sind in Vorwärtsrichtung betriebene Widerstände 45 und 47.

   Die parasitären Schwingungen können durch Transformator-Leck-Reaktanz oder durch gegenseitige Kopplung zwischen den verschiedenen Bestandteilen der Schaltung verursacht werden, wie sie etwa durch Verwendung eines langen Verbindungskabels zwischen den Transistoren 26 und 28 und dem Transformator 12 entsteht. Die Stabilität der Oszillatorschaltung kann bei Distanzen von bis zu mehreren hundert Fuss (1 Fuss entspricht ca. 0.3 m) zwischen dem Hochspannungs-Transformator und den Schaltungsbestandteilen des Oszillators aufrechterhalten werden.

[0020] Wenn an der Spule 30 eine Gleichspannung angelegt wird, werden die Transistoren 26 und 28 durch einen Widerstand 46 vorwärts betrieben, dessen eines Ende an eine Gleichspannung von, beispielsweise, 32 Volt angeschlossen ist und dessen anderes Ende mit der Basis des Transistors 28 verbunden ist.

   Gleichzeitig wird durch die Spule 30 und die Primärwicklung eine Kollektorspannung an die Transistoren 26 und 28 angelegt. Die zweite Sekundärwicklung 18 ist mit den Basen der Transistoren 26 und 28 verbunden, damit der Stromfluss in einem Transistor erhöht und im anderen Transistor verringert wird, sobald ein Stromfluss in der Primärwicklung 14 eine Spannung in der zweiten Sekundärwicklung 18 induziert.

[0021] Die erste Sekundärwicklung 16 und die Lastkapazität 22 weisen im Frequenzbereich von, zum Beispiel, 2 kHz bis ungefähr 5 kHz eine Antiresonanz-Schaltung mit hohem Q-Wert auf, und jede Änderung des Primärstromes verursacht in allen Wicklungen des Transformators 12 eine Schwingungsspannung bei irgendeiner Frequenz innerhalb dieses Bereichs.

   Die zweite Sekundärwicklung 18 legt einen zusätzlichen Basisstrom an denjenigen der Transistoren 26 und 28 an, der am meisten leitet und unterdrückt den anderen Transistor, bis der vorherige Transistor sich in voller Leitfähigkeit befindet. Die Wirkung des Gegenresonanztransformators 12 kehrt darauf die Rollen der Transistoren 26 und 28 um, und die Transistoren fahren damit fort, zwischen voller Leitung und Abschaltung abzuwechseln. Die Spule 30 ermöglicht dem Antiresonanztransformator 12 die Frequenz und die Wellenform der resultierenden Dauerschwingung zu steuern.

   Jeweils zwischen der Basis und dem Kollektor der BJT 26 bzw. 28 angeschlossene Kondensatoren 48 und 50 verhindern Störschwingungen bei hohen Frequenzen.

[0022] Leistungs-Feldeffekttransistoren (FET), wie etwa Metall-Oxid-Halbleiter-FET (metal oxide semiconductor FET, MOSFET) oder FET mit isoliertem Gate (insulated gate FET, IGFET) 52 und 54, sind zwischen den bipolaren Flächentransistoren 26 und 28 gekoppelt. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Kathoden (sources) des ersten und des zweiten FETs 52 und 54 miteinander und mit jedem Emitter des ersten und zweiten BJT 26 und 28 gekoppelt. Die Drain-Elektroden des ersten und zweiten FET 52 und 54 sind jeweils mit den Kollektoren des ersten und des zweiten BJT 26 bzw. 28 gekoppelt. Die Gates der FETs 52 und 54 sind jeweils über Steuerwiderstände 55 bzw. 57 an das Erdpotential angeschlossen.

   Sowie der lineare Oszillator zu schwingen beginnt, befinden sich die BJT in einem leitenden und die FET in einem nichtleitenden Zustand. Ferner wird in der dritten Sekundärwicklung 20 eine sinusförmige Wechselspannung induziert, wodurch ein über die Wicklung 20 gekoppelter Niederspannungsschalter 56 schliesst, wenn ein Schwingungssignal im Oszillatorkreis eine vorbestimmte Spannung erreicht, um dadurch den FET-Treiber 58 mit Betriebsleistung zu versorgen.

   Gleichzeitig wird die sinusförmige Wechselspannung durch einen Widerstand 60 und gekreuzte Dioden 62 beschnitten, welche jeweils mit entgegengesetzten Enden der Wicklung 20 gekoppelt sind, und über einen Puffer 64 an den FET-Treiber 58 angelegt, wodurch die Gates der ersten und zweiten FET-Transistoren 52 und 54 abwechslungsweise positiv betrieben werden und entsprechend jeweils die FET-Transistoren 52 und 54 synchron mit dem Leiten des ersten und zweiten bipolaren Transistors 26 bzw. 28 leiten.

[0023] Der Widerstand zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss und die entsprechenden Spannungsabfälle der ersten und der zweiten Feldeffekttransistoren 52 und 54 sind ausserordentlich tief - sogar bei hohen Drainströmen - im Vergleich zum Kollektor-zu-Emitter-Widerstand und dem entsprechenden Spannungsabfall der ersten und zweiten bipolaren Flächentransistoren 26 und 28.

   Als Folge davon wird praktisch der gesamte Strom zur Primärwicklung 14 des Transformators 12 durch den ersten und den zweiten Feldeffekttransistor 52 und 54 geleitet, weil er im Wesentlichen vom ersten und zweiten bipolaren Flächentransistor 26 und 28 abgezweigt worden ist. Leistungsverluste sowohl im ersten und im zweiten Feldeffekttransistor 52 und 54 wie auch im ersten und zweiten Flächentransistor 26 und 28 werden beinahe vollständig eliminiert. Folglich wird mehr Leistung der Hochspannungslast zugeführt, und der Gesamtwirkungsgrad verglichen mit einer Leitung einzig durch die ersten und zweiten bipolaren Flächentransistoren 26 und 28 wird wesentlich erhöht.

[0024] Es ist theoretisch möglich, nur Feldeffekttransistoren allein in einer linearen Betriebsart zu verwenden, um die Schwingung zu starten.

   In praktischer Hinsicht ist es jedoch sehr schwierig, die Transistoren in einer linearen Betriebsart vorzubelasten und die Schaltung immer noch als einen Schalter für grosse Ströme mit kleinem Verlust zu verwenden. Die Mitte des normalen Betriebsstrombereichs eines typischen Feldeffekttransistors kleiner Leistung könnte 15 Ampere oder mehr sein, mit einer Vorbelastung des Betriebsgates von +6 Volt. Eine Änderung der Vorbelastung von 0.4 Volt würde den Kollektorstrom um 5 Ampere ändern. Dies ist für den beschriebenen Zweck geeignet, aber ein linearer Betrieb würde sich ohne die Einführung von grossen Widerstandswerten im Emitter-Drain-Kreis oder ohne die Verwendung von aufwändigen Vorbelastungs-Schaltungen nicht ergeben.

[0025] Die bipolaren Flächentransistoren können in ihren linearen Bereichen leicht vorbelastet werden, um effizient die Schwingung zu starten.

   Dies ermöglicht dem Leistungs-Feldeffekttransistor die Last zu übernehmen, sobald die Schwingungen eine vorbestimmte Oszillator-Ausgangsspannung erreichen.

[0026] Mit Bezug auf die Fig. 1 schliesst die Vorrichtung 10 ferner auch noch einen Präzisionsgleichrichter 100 ein, welcher eine Spannung von der Sekundärwindung 20 des Transformators 12 verwendet, um eine Gleichspannung von 0 bis +10 Volt zu erzeugen, welche zu der RMS-Hochspannung von 0 bis 15 kV an der Prüfelektrode 25 direkt proportional ist. Diese Gleichspannung wird mit einem Eingang eines Spannungskomparators 102 verbunden.

   Der andere Eingang des Spannungskomparators 102 ist über eine Abtast- und Speicherschaltung (sample and hold), umfassend einen Schalter 103 und einen Kondensator 107, mit einem Spannungsregler 106 verbunden, welcher eine Gleichspannung von 0 bis +32 Volt an den Oszillator-Inverterschaltkreis liefert und dadurch die Amplitude der Hochspannung regelt.

[0027] Der Spannungsregler 106 stellt sicher, dass der Ausgang des Präzisionsgleichrichters 100 nahe bei der Steuerspannung liegt, so dass das Wechselstrom-Prüfpotential der Elektrode direkt proportional zur Steuerspannung variiert. Die Abtast- und Speicherschaltung sowie ein als Stabilisator der Vergleichspannung dienender Schalter 104 funktionieren nur, wenn ein Mikroloch- oder Blankdraht-Abschnitt durch die Prüfelektrode 25 geführt wird.

   Während der Zeitspanne, die der Defekt benötigt, um durch die Elektrode 25 hindurchzulaufen, öffnet die Abtast- und Speicherschaltung 103, 107 den Regelkreis, hält jedoch die Ausgangsspannung des Gleichstromreglers auf seinem Niveau vor dem Fehler, indem der aufgeladene Kondensator 107 dazu verwendet wird, eine Versorgungsspannung zum Spannungsregler aufrechtzuerhalten. Beim Abschluss des Vorkommnisses kehren die Abtast- und Speicherschaltung 103, 107 und der Spannungsregler 106 in den Kein-Defekt-Betrieb zurück, ohne dass dadurch die Hochspannung zu langsam ansteigt oder über ihren richtigen Wert hinausschwingt.

   Diese Eigenschaft ist wichtig, um die Erkennung von nahe beieinander liegenden Defekten sicherzustellen und um die Anwendung von übermässigen Prüfspannungen zu vermeiden.

[0028] Ein konventioneller Blankdraht-Detektor 108 reagiert auf einen Gleichstrom vom zu prüfenden Leiter zur Elektrode 25 durch die Überlagerung der Hochspannung mit einer tiefen Gleichspannung und darauf mit der Erfassung jedes Gleichstromflusses zur Erde. Dies verursacht eine Blankdrahtanzeige bei jedem ohmschen Kontakt zwischen der Elektrode und dem Produktleiter und ist unabhängig von den Hochspannungs-Prüfbedingungen.

[0029] Die Vorrichtung 10 kann eine Fehler-Anzeigeschaltung 110 beinhalten, einschliesslich einer Zeitmesser-Schaltung 112, eines Zählers 116 und eines Relais 118.

   Der durch die Oszillatorschaltung aufgenommene Gleichstrom variiert gemäss dem Leistungsverlust der Last, welcher durch das geprüfte Produkt der Hochspannungselektrode 25 vorgelegt wird. Der Strom wird mit einem Gleichstrombegrenzer 120 gemessen und falls der Strom einen voreingestellten Wert übersteigt, wirkt der Ausgang des Begrenzers dahingehend auf den Spannungsregler 106, dass die an die Oszillatorschaltung gelieferte Gleichspannung verringert wird und dadurch der Strom auf dem voreingestellten Niveau gehalten wird.

   Die Fehler-Anzeigeschaltung 110 und der Blankdraht-Detektor 108 betätigen ebenfalls einen Strombereichsschalter 114, um das voreingestellte Stromniveau des Strombegrenzers 120 zu verringern, falls irgendein Produktdefekt durch die Elektrode 25 läuft.

[0030] Das voreingestellte Stromniveau wird automatisch verringert, beispielsweise um einen Faktor elf, wenn ein Blankdraht- oder Mikroloch-Defekt vorkommt. Dies wird erreicht durch Schalten des Bereichs des Strombereichsschalters 114, welcher mit dem Strombegrenzer 120 gekoppelt ist. Dadurch wird der Strom in einem innerhalb der Hochspannungselektrode 25 vorkommenden Lichtbogen reduziert, sowie ebenfalls das Risiko eines Stromschlags für das Betriebspersonal. Immer wenn der Niederspannungsdetektor im Betrieb steht, wird die Verbindung der Feldeffekttransistoren 52 und 54 unterbrochen.

   Die Schwingung wird dann durch die bipolaren Flächentransistoren 26 und 28 aufrechterhalten, welche ebenfalls die Schwingung nach einem Blankdraht-Vorkommnis wieder starten.

[0031] Die plötzlichen vorübergehenden Änderungen des Stromes in der Sekundärwindung 16 des Hochspannungstransformators bei einem Mikroloch-Defekt werden dazu verwendet, um den Zeitmesser 112 auszulösen, der eine Reihe von Pulsen erzeugt, wenn ein Mikroloch-Defekt durch die Elektrode 25 läuft.

[0032] Obwohl die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, dass zahlreiche Änderungen gemacht werden können, ohne den Geist und den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Aus diesem Grunde ist die vorliegende Erfindung in einer illustrativen Form und nicht in einer einschränkenden Form dargestellt und beschrieben worden.

Claims (22)

1. Eine Oszillatorschaltung, welche aufweist: einen Transformator (12) einschliesslich einer Primärwicklung (14) und mindestens einer Sekundärwicklung (16, 18, 20), wobei die Sekundärwicklung über eine externe Last zu koppeln ist; erste und zweite bipolare Flächentransistoren (26, 28), welche in einem Schwingkreis in einer Gegentaktbetriebsart angeschlossen sind und mit der Primärwicklung (14) des Transformators (12) gekoppelt sind, um eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen, wobei die Primärwicklung zwei Enden (29, 31) aufweist, jedes von welchen jeweils mit einem Kollektor der ersten bzw. zweiten bipolaren Flächentransistoren gekoppelt ist; erste und zweite Feldeffekttransistoren (52, 54), jeweils parallel mit den ersten bzw. zweiten bipolaren Flächentransistoren (26, 28) gekoppelt;

und Mittel zur Betätigung der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (52, 54), damit diese im Wesentlichen synchron mit den ersten bzw. zweiten bipolaren Flächentransistoren (26, 28) leiten, wenn die Transformator-Wicklungen (14, 16, 18, 20) erregt werden und wenn ein Oszillatorsignal im Schwingkreis eine vorbestimmte Spannung erreicht, wobei der durch die Primärwicklung (14) fliessende Strom im Wesentlichen von den bipolaren Flächentransistoren (26, 28) zu den Feldeffekttransistoren (52, 54) abgezweigt wird, um den Leistungsverlust namhaft zu verringern, welcher ansonsten auftreten würde, wenn der Strom einzig durch die bipolaren Flächentransistoren fliessen würde.

2. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (52, 54) MOSFET-Transistoren sind.

3. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (52, 54) IGFET-Transistoren sind.

4. Eine Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Transformator (12) eine zusätzliche Sekundärwicklung (20) aufweist, und wobei die Betätigungsmittel einen Niederspannungsschalter (56) umfassen, welcher mit der zusätzlichen Sekundärwicklung gekoppelt ist, um bei Erregung der zusätzlichen Sekundärwicklung geschlossen zu werden, und eine über den Niederspannungsschalter gespeiste Treiberschaltung (58) zum Triggern der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (52, 54), damit diese im Wesentlichen synchron mit den ersten bzw. zweiten bipolaren Flächentransistoren (26, 28) leiten.

5. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 4, welche ferner eine Pufferschaltung (64) aufweist, die zwischen der zusätzlichen Sekundärwicklung (20) und der Treiberschaltung (58) geschaltet ist.

6. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Treiberschaltung (58) erste und zweite Digitalausgänge aufweist, welche jeweils mit den Gates der ersten bzw. zweiten Feldeffekttransistoren (52, 54) gekoppelt sind, und wobei der erste Ausgang der Treiberschaltung einen bezüglich des zweiten Ausgangs der Treiberschaltung entgegengesetzten Digitalzustand aufweist.

7. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, wobei die Pufferschaltung (64) als ein Nulldurchgangsdetektor konfiguriert ist, um bei jedem Nulldurchgang die ersten und zweiten Ausgänge der Treiberschaltung je zur Änderung des entgegengesetzten Digitalzustandes zu triggern.

8. Eine Oszillatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Transformator (12) eine zusätzliche Sekundärwicklung (18) umfasst, und ferner ein Tiefpassfilter (42, 43, 44) aufweist, welches zwischen der zusätzlichen Sekundärwicklung und den Basen der ersten und zweiten bipolaren Flächentransistoren (26, 28) geschaltet ist.

9. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 8, wobei der Tiefpassfilter (42, 43, 44) ein LC-Filter ist.

10. Eine Oszillatorschaltung, welche aufweist: einen Transformator (12) einschliesslich einer Primärwicklung (14) und mindestens einer Sekundärwicklung (16, 18, 20), wobei die Sekundärwicklung über eine externe Last zu koppeln ist; mindestens einen bipolaren Flächentransistor (26, 28), der in einem Schwingkreis verwendet wird und mit der Primärwicklung (14) des Transformators (12) gekoppelt ist, um eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen; mindestens einen Feldeffekttransistor (52, 54), welcher parallel mit dem bipolaren Flächentransistor (26, 28) gekoppelt ist;

und Mittel zur Betätigung des Feldeffekttransistors (52, 54), damit dieser im Wesentlichen synchron mit dem bipolaren Flächentransistor (26, 28) leitet, wenn die Transformator-Wicklungen (14, 16, 18, 20) erregt werden und wenn ein Oszillatorsignal im Schwingkreis eine vorbestimmte Spannung erreicht, wobei der durch die Primärwicklung (14) fliessende Strom im Wesentlichen vom bipolaren Flächentransistor (26, 28) zum Feldeffekttransistor (52, 54) abgezweigt wird, um den Leistungsverlust namhaft zu verringern, welcher ansonsten auftreten würde, wenn der Strom einzig durch den bipolaren Flächentransistor fliessen würde.

11. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine Feldeffekttransistor (52, 54) ein MOSFET-Transistor ist.

12. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine Feldeffekttransistor (52, 54) ein IGFET-Transistor ist.

13. Eine Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Transformator (12) eine zweite Sekundärwicklung (20) aufweist, und wobei die Betätigungsmittel einen Niederspannungsschalter (56) umfassen, welcher an die zusätzliche Sekundärwicklung gekoppelt ist, um bei Erregung der zusätzlichen Sekundärwicklung geschlossen zu werden, und eine über den Niederspannungsschalter gespeiste Treiberschaltung (58) zum Triggern des Feldeffekttransistors (52, 54), damit dieser zusammen mit dem Flächentransistor (26, 28) leitet.

14. Eine Oszillatorschaltung nach Anspruch 13, welche ferner eine Pufferschaltung (64) aufweist, die zwischen der zusätzlichen Sekundärwicklung (20) und der Treiberschaltung (58) geschaltet ist.

15. Eine Oszillatorschaltung wie im Anspruch 13 definiert, wobei die Treiberschaltung (58) einen mit dem Gate des Feldeffekttransistors (52, 54) gekoppelten Digitalausgang aufweist.

16. Eine Vorrichtung (10) zur Prüfung der Isolation von elektrischen Leitern unter Hochspannung, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Elektrode (25) zur Durchführung eines elektrischen Leiters; und eine Oszillatorschaltung, welche umfasst: einen Transformator (12) einschliesslich einer Primärwicklung (14) und mindestens einer Sekundärwicklung (16, 18, 20), wobei die Sekundärwicklung über die Elektrode (25) zu koppeln ist; mindestens einen bipolaren Flächentransistor (26, 28), der in einem Schwingkreis verwendet wird und mit der Primärwicklung (14) des Transformators (12) gekoppelt ist, um eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen; mindestens einen Feldeffekttransistor (52, 54), welcher parallel mit dem bipolaren Flächentransistor (26, 28) gekoppelt ist;

und Mittel zur Betätigung des Feldeffekttransistors (52, 54), damit dieser zusammen mit dem bipolaren Flächentransistor (26, 28) leitet, wenn die Transformator-Wicklungen (14, 16, 18, 20) erregt werden und wenn ein Oszillatorsignal im Schwingkreis eine vorbestimmte Spannung erreicht, wobei der durch die Primärwicklung (14) fliessende Strom im Wesentlichen vom bipolaren Flächentransistor (26, 28) zum Feldeffekttransistor (52, 54) abgezweigt wird, um den Leistungsverlust namhaft zu verringern, welcher ansonsten auftreten würde, wenn der Strom einzig durch den bipolaren Flächentransistor fliessen würde.

17. Eine Vorrichtung (10) nach Anspruch 16, welche ferner umfasst: einen Wechselspannungs-zu-Gleichspannungs-Gleichrichter (100), der mit einer Sekundärwicklung (20) gekoppelt ist und mit dem Schwingkreis kommuniziert; einen Komparator (102) zum Vergleichen einer Steuerspannung mit einer Ausgangs-Gleichspannung des Komparators, der Steuerspannung zur Einstellung der Elektrodenspannung; einen Spannungsregler (106) in einem mit dem Schwingkreis kommunizierenden Regelkreis, zum Halten einer Ausgangs- Gleichspannung des Gleichrichters (100) nahe bei der Steuerspannung;

und Schaltmittel (103, 104, 107) zum vorübergehenden Öffnen des Regelkreises als Reaktion auf eine Ausgangsspannung des Komparators (102) während eines Blankdraht- oder Mikroloch-Vorkommnisses, um eine Versorgungsspannung zum Schwingkreis aufrechtzuerhalten, und zum Schliessen eines Rückkopplungskreises, welcher den Ausgang des Gleichrichters (100) umfasst, damit die Ausgangsspannung des Komparators sich schnell auf das Niveau vor dem Defekt erholt, wobei der Schwingkreis und der Rückkopplungskreis sich rasch auf das Niveau vor dem Defekt erholen, ohne dass dabei die Elektrodenspannung zu langsam ansteigt oder infolge kurzzeitiger Signale über ihr Betriebsniveau im defektfreien Zustand hinausschiesst, damit die Erkennung von nahe beieinander liegenden Defekten sichergestellt ist und die Anwendung von übermässig hohen Prüfspannungen vermieden wird.

18. Eine Vorrichtung (10) nach Anspruch 17, wobei das Schaltmittel einen Abfrage- und Speicherkreis (103, 107) umfasst, welcher einen ersten Schalter (103) aufweist, der mit einem Ladekondensator (107) gekoppelt ist, um den Schwingkreis zu öffnen und die Versorgungsspannung zum Spannungsregler (106) über den aufgeladenen Kondensator aufrechtzuerhalten, und einen zweiten Schalter (104) aufweist, um den Rückkopplungskreis zu schliessen.

19. Eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, welche ferner Mittel (108, 114, 120) zur Verringerung des Ausgangsstroms über die Transformatorwicklungen (14, 16, 18, 20) umfasst, wenn sich ein Blankdraht- oder Mikroloch-Vorkommnis ereignet.

20. Eine Vorrichtung (10) nach Anspruch 19, wobei die Stromreduktionsmittel umfassen: einen Fehlerdetektor (108) zur Überlagerung einer Gleichspannung über die Elektrode (25) und zur Erkennung jeglichen Gleichstromflusses zwischen der Elektrode und dem hindurchführenden Leiter; einen Strombereichsschalter (114), der einen mit dem Fehlerdetektor gekoppelten Eingang aufweist;

und einen Stromregler (120), welcher einen Stromeingang zur Erkennung von Schwingkreisstrom, einen Ausgang zur Steuerung des Spannungsreglers (106) in Funktion des erkannten Stromes, um dadurch den Strom im Schwingkreis auf einem vorbestimmten Niveau zu halten, und einen Steuereingang, der mit dem Strombereichsschalter (114) gekoppelt ist, um das voreingestellte Stromniveau nach unten einzustellen, wenn ein Blankdraht- oder Mikroloch-Vorkommnis entlang eines durch die Elektrode (25) hindurchführenden elektrischen Leiters erkannt wird, aufweist.

21. Eine Vorrichtung (10) nach Anspruch 20, welche ferner Fehleranzeigmittel umfasst, welche induktiv mit der Sekundärwicklung (16, 18, 20) gekoppelt sind, um plötzliche Stromspitzen in der Sekundärwicklung festzustellen, welche durch einen Defekt im durch die Elektrode (25) hindurchführenden Leiter verursacht werden.

22. Eine Vorrichtung (10) nach Anspruch 21, wobei das Fehleranzeigmittel (110) umfasst: eine Zeitschaltuhr (112), welche induktiv mit der Sekundärwicklung (16, 18, 20) gekoppelt ist, um eine Reihe von Pulsen zu erzeugen, wenn im durch die Elektrode (25) hindurchführenden Leiter ein Defekt vorhanden ist, wobei die Zeitschaltuhr mit einem Eingang des Strombereichsschalters (114) gekoppelt ist; einen Zähler (116) mit einem Eingang, welcher mit der Zeitschaltuhr (112) gekoppelt ist, um die Zahl der durch die Zeitschaltuhr erzeugten Pulse zu zählen; und ein Relais (118), welches einen Eingang aufweist, der mit der Zeitschaltuhr gekoppelt ist, um bei Empfang von Pulsen von der Zeitschaltuhr (112) getriggert zu werden.