DD238141A1

DD238141A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR FAST AND LOSS-FREE SWITCHING OF INDUCTIVITIES

Info

Publication number: DD238141A1
Application number: DD27706085A
Authority: DD
Inventors: Klaus Henneberg
Original assignee: Stern Radio Berlin Bt Quedlinb
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1986-08-06

Abstract

Schaltungsanordnung zum schnellen und verlustarmen Umschalten von Induktivitaeten. Sie ermoeglicht es, das Magnetfeld einer Spule umzupolen, ohne das dabei ein wesentlicher Teil der einmal in der Spule gespeicherten Energie verloren geht. Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung besitzt eine Spule mit Mittelanzapfung, die mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, waehrend ihre aeusseren Anschluesse mit einem Kondensator verbunden sind und ueber jeweils einer Reihenschaltung, bestehend aus einer Diode und einem Transistor mit Massepotential verbunden sind, wobei die Transistoren im Schalterbetrieb arbeiten und wechselweise angesteuert werden. FigurCircuit arrangement for fast and low-loss switching of inductances. It makes it possible to reposition the magnetic field of a coil without losing a substantial part of the energy stored in the coil once. The inventive circuit arrangement has a coil with center tap, which is connected to the operating voltage source while their Äusseren Anschluesse are connected to a capacitor and connected via a series circuit consisting of a diode and a transistor to ground potential, the transistors operate in the switch mode and be controlled alternately. figure

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe es möglich ist, die Richtung des Magnetfeldes einer Spule, z. B. der Ablenkeinheit im Fernsehgerät oder in der Mikrowellentechnik der Feldspule eines Zirkulators leistungsarm und schnell umzuschalten.The invention relates to a circuit arrangement with which it is possible, the direction of the magnetic field of a coil, for. B. the deflection unit in the TV or in the microwave technology of the field coil of a circulator low power and quickly switch.

Characteristic of the known technical solutions

Zu diesem Zweck sind schaltungstechnische Lösungen bekannt, die jedoch den Forderungen nach Verlustleistung und kurzen Schaltzeiten nicht gerecht werden.Circuit technology solutions are known for this purpose, but they do not meet the demands for power loss and short switching times.

So ist es bekannt, durch Zuschalten eines Kondensators zu einer Spule einen Parallelschwingkreis zu bilden, wobei der Kondensator dann von der Spule durch Schaltbauelemente abgetrennt wird, wenn in ihm die vorher in der Spule gespeicherte Energie enthalten ist. Dabei kann das Schalterbauelement, z. B. Thyristor, mit entsprechender Ansteuerungschaltung sein. Weiterhin sind Schaltungsanordnungen bekannt, in denen ein schnelles Schalten von Induktivitäten dadurch ermöglicht wird, daß mit der zu schaltenden Induktivität, einem Kondensator und einer Hilfsinduktivität, ein Parallelschwingkreis gebildet wird. Durch Abschalten der Hilfsinduktiviät zu dem Zeitpunkt, wo der Kondensator geladen ist, kommt es zu einer Spannungsvervielfachung über der Hauptinduktivität wodurch die Schaltzeit verkürzt wird. Die in beiden Lösungen beschriebenen Schaltungsanordnungen sind jedoch nicht geeignet, das Magnetfeld einer Induktivität umzupolen, wobei die von außen zugeführte Energie minimal ist und gleichzeitig die Umschaltzeit gering bleibt.Thus, it is known to form a parallel resonant circuit by connecting a capacitor to a coil, wherein the capacitor is then separated from the coil by switching devices when it is contained in the previously stored in the coil energy. In this case, the switch device, z. B. thyristor, with appropriate control circuit. Furthermore, circuit arrangements are known in which a rapid switching of inductors is made possible by the fact that with the inductor to be switched, a capacitor and an auxiliary inductance, a parallel resonant circuit is formed. Turning off the auxiliary inductor at the time the capacitor is charged results in a voltage multiplication across the main inductor which shortens the switching time. However, the circuit arrangements described in both solutions are not suitable for reversing the magnetic field of an inductance, wherein the externally supplied energy is minimal and at the same time the switching time remains low.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist ein schnelles und leistungsarmes Umschalten von Induktivitäten.The aim of the invention is a fast and low-power switching of inductors.

The essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die unter Vermeidung der Mängel der bekannten Schaltungen es ermöglicht, das Magnetfeld einer Spule umzupolen, ohne daß dabei ein wesentlicherTeil der einmal in der Spule gespeicherten Energie verloren geht, und die es weiterhin ermöglicht, die Umschaltzeit mit einfachen Mitteln zu beeinflussen.The invention has for its object to provide a circuit arrangement which, while avoiding the deficiencies of the known circuits makes it possible to reposition the magnetic field of a coil, without losing a substantial part of the energy stored once in the coil, and which further enables to influence the switching time with simple means.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spule eine Mittelanzapfung und zwei äußere Anschlüsse besitzt, daß die Mittelanzapfung mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist, daß den äußeren Spulenanschlüssen ein Kondensator parallel geschaltet ist, der im Zusammenwirken mit der Induktivität der Spule die Umschaltzeit bestimmt, daß die äußeren Spulenanschlüsse über jeweils einer Reihenschaltung, bestehend aus je einer Diode und einem Transistor mit Massepotential verbunden sind, wobei die Transistoren im Schalterbetrieb arbeiten und wechselweise angesteuert werden. Zum Schutz der Schalttransistoren vor zu hohen Induktionsspannungen sind parallel zu deren Kollektor-Ermitterstrecken ahmsche Widerstände geschaltet, die mit den Dioden Spannungsteiler bilden.According to the invention the object is achieved in that the coil has a center tap and two outer terminals, that the center tap is connected to an operating voltage source that the outer coil terminals, a capacitor is connected in parallel, which determines in cooperation with the inductance of the coil, the switching time that the outer coil terminals are each connected via a series circuit consisting of a respective diode and a transistor to ground potential, wherein the transistors operate in switch operation and are driven alternately. To protect the switching transistors from excessive induction voltages, ahmic resistors are connected in parallel with their collector-emitter paths, which form voltage dividers with the diodes.

Ausführungsbeispiel 'Exemplary embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the block diagram of a circuit arrangement according to the invention.

Von der Annahme ausgehend. Transistor T5 sei leitend und der stationäre Zustand ist erreicht, ist die Wirkungsweise wie folgt:Starting from the assumption. Transistor T5 is conductive and the steady state is reached, the operation is as follows:

Durch die Spule L fließt Strom von 1 nach 3. Die Anode der Diode D 2 ist negativ gegenüber der Anode der Diode D1. Der Kondensator C ist aufgeladen.Current flows through the coil L from 1 to 3. The anode of the diode D 2 is negative with respect to the anode of the diode D1. The capacitor C is charged.

Zu einem beliebigen Zeitpunkt werde Transistor T5 gesperrt und Transistor T3 leitend. Das hat zur Folge, daß der StromflußAt any point in time, transistor T5 will turn off and transistor T3 will turn on. This has the consequence that the current flow

durch die Spule L unterbrochen wird und eine Gegenspannung induziert wird, die der erregenden Ursache entgegenwirkt. Das äußert sich derart, daß die Anode der Diode D1 stark negativ wird. Jetzt sind beide Strompfade gegen Masse über D1 bzw. T5 gesperrt, der durch die Spule L und den Kondensator C gebildete Schwingkreis schwingt für die Dauer einer halben Periodenlänge auf seiner Eigenfrequenz und wird lediglich durch R8 bedämpft.is interrupted by the coil L and a reverse voltage is induced, which counteracts the exciting cause. This manifests itself in such a way that the anode of the diode D1 becomes strongly negative. Now both current paths are blocked to ground via D1 and T5, the resonant circuit formed by the coil L and the capacitor C oscillates at its natural frequency for half a period length and is only attenuated by R8.

In dem Moment, wo die induzierte Gegenspannung gleich der Betriebsspannung ist, beginnt Strom über D1 und T3 zu fließen.At the moment when the induced reverse voltage is equal to the operating voltage, current begins to flow across D1 and T3.

Der jetzt von 1 nach 2 fließende Strom hat zur Umkehr des Magnetfeldes geführt.The current now flowing from 1 to 2 has led to the reversal of the magnetic field.

Die Dauer des Umschaltvorganges ist gleich der halben Periodendauer der Eigenfrequenz des aus L und C gebildeten Schwingkreises und läßt sich bei vorgegebener Induktivität leicht durch Variation der Kapazität des Parallelkondensators beeinflussen.The duration of the switching process is equal to half the period of the natural frequency of the resonant circuit formed from L and C and can be easily influenced by varying the capacitance of the parallel capacitor for a given inductance.

Die bei dem Umschaltvorgang von außen bereitzustellende Energie ist von der Güte des Schwingkreises abhängig und läßt sich durch geeignete Wahl der Bauelementeparameter der Spule und des Kondensators minimieren. Der Widerstand R 5 bildet mit der Diode D1 einen Spannungsteiler der verhindert, daß der Transistor T3 durch die auftretende hohe Induktionsspannung beim Umschaltvorgang zerstört wird.The energy to be provided externally during the switching process depends on the quality of the resonant circuit and can be minimized by suitable choice of the component parameters of the coil and of the capacitor. The resistor R 5 forms with the diode D1, a voltage divider prevents the transistor T3 is destroyed by the high induction voltage occurring during the switching operation.

Analoges gilt für R8, D2 und T5.The same applies to R8, D2 and T5.

Die Spule und der Kondensator bilden einen Parallelschwingkreis, dessen Eigenfrequenz die Umschaltzeit und dessen Güte die Leistungsaufnahme der Anordnung bestimmen. Durch geeignete Bauelementedimensionierung kann die Umschaltzeit und der Wirkungsgrad dem Verwendungszweck entsprechend optimiert werden.The coil and the capacitor form a parallel resonant circuit whose natural frequency determine the switching time and its quality the power consumption of the device. By suitable component dimensioning, the switching time and the efficiency can be optimized according to the intended use.

Die Dioden vor dem jeweiligen Schalterbauelement verhindern ohne zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand ein leitfähigwerdendes freigeschalteten Strompfades vor Ablauf der Dauer einer Halbschwingung des Parallelschwingkreises.The diodes in front of the respective switch component prevent, without additional circuit complexity, a conductive path which has been enabled before the end of the duration of a half oscillation of the parallel resonant circuit.

Damit wird gewährleistet, daß durch die Stromversorgung des Gerätes nur diejenige Energie zugeführt zu werden braucht, die jeden Umschaltvorgang aufgrund der endlichen Güte des Schwingkreises verloren geht.This ensures that only the energy needs to be supplied by the power supply of the device, which is lost every switching due to the finite quality of the resonant circuit.

Alle Bauelemente der Ansteuerschaltung sind integrationsfähig.All components of the drive circuit are integratable.

Die sonst bei Abschaltvorgängen von Induktivitäten auftretende unerwünschte Gegeninduktionsspannung bildet hier die Grundlage für die Funktion der Schaltungsanordnung.The otherwise occurring during shutdown of inductors unwanted mutual induction voltage forms the basis for the function of the circuit arrangement.

Mit der Erfindung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem bekannten Stand der Technik.With the invention there are a number of advantages over the known prior art.

Da alle aktiven Bauelemente im Schalterbetrieb arbeiten, ist die auftretende Verlustleistung der Ansteuerschaltung gering.Since all active components operate in switch mode, the occurring power loss of the drive circuit is low.

Claims

Invention claim:

1. Circuit arrangement for fast and low-loss switching of inductors, which makes it possible to reposition the magnetic field of a coil, without losing a substantial part of the energy stored once in the coil, characterized in that the coil (L) has a center tap (1) and two outer terminals (2; 3) have said center tap (1) connected to a power supply source (+ U _B ), that a capacitor (C) connected in parallel with said outer coil terminals (2; 3) the coil (L) determines the switching time that the outer coil terminals (2; 3) via a respective series connection consisting of a diode (D 1) and a transistor (T3) or a diode (D2) and a transistor (T5) are connected to ground potential, wherein the transistors (T3, T5) operate in switch operation and are controlled alternately.

2. Circuit arrangement for fast and low-loss switching of inductors, according to point 1, characterized in that parallel to the collector-emitter path of the transistors (T3, T5) in each case an ohmic resistance (R 5; R8) is connected.

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