DE1000470B - Einrichtung zur Umformung einer niedrigen Gleichspannung einer Batterie in eine hoehere Gleichspannung - Google Patents

Einrichtung zur Umformung einer niedrigen Gleichspannung einer Batterie in eine hoehere Gleichspannung

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DE1000470B
DE1000470B DET11459A DET0011459A DE1000470B DE 1000470 B DE1000470 B DE 1000470B DE T11459 A DET11459 A DE T11459A DE T0011459 A DET0011459 A DE T0011459A DE 1000470 B DE1000470 B DE 1000470B
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, eine Einrichtung zur Umformung einer niedrigen Gleichspannung einer Batterie (Akkumulator) in eine höhere Gleichspannung zu schaffen, die einen möglichst hohen Wirkungsgrad und ein möglichst geringes Gewicht hat. Diese. Aufgabe tritt z. B. bei der Anodenstromversorgfung von transportablen Funksprechgeräten auf. Es ist bereits bekannt, dien üblichen mechanischen Zerhacker (Pendelwechselrichter) durch einen Transistor-Oszillator zu ersetzen und dadurch die relativ hohe Erregerleistung, die ein Zerhacker benötigt, einzusparen (britische Patentschrift 728 024). Er hat dien Nachteil, daß der erforderliche Transformator, der die Leistung übertragen muiß, zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades entsprechend schwer, sein muß oder bei geringerem Gewicht einen ungenügenden Wirkungsgrad hat. Die Erfindung zeigt dagegen, daß es möglich ist, ohne einen Transformator auszukommen.
Die Erfindung, die sich auf den obenerwähnten Gleichstrom-Umformer unter Verwendung einies Transistor-Oszillators bezieht, besteht darin, daß die vom Transistor-Oszillator gelieferte Wechselspannung vier oder zwei als Schalter wirkende Transistoren eiingangsseitig steuert, die ausgangsseitig zwischen der Batterie und einem aus Gleichrichtern und Kondensatoren bestehenden Gleichspannungsvervielfacher ohne Verwendung eines Transformators in der in Fig. ι bzw. 2 angegebenen Weise eingeschaltet sind, daß an den Eingang des Vervielfachers eine Wechsel-Spannung geliefert wird. Die Energie der Batterie durchläuft hierbei also nicht den Transistor-Oszillator, sondern sie gelangt unmittelbar über die als Schalter wirkenden Transiistoren zum Gleichspannungsvervielfacher. Der Transistor-Oszillator dient lediglich zur Steuerung der als Schalter wirkenden Transistoren. Als Gleichrichter können z. B. Germanium-Flächengleichrichter benutzt werden, die einen Wirkungsgrad von 98% haben.
Um den Gesarntwirkungsgrad möglichst groß zu machen, wird1 gemäß einer Weiterbilldung der Erfindung vor den Gleichspannungsvervielf acher eine Drossel geschaltet, die dafür sorgt, daß die am Aiusgang der Transistoren liegende Wechselspannung mäanderförmig ist. Dann werden Verluste in den Transistoren vermieden.
Eine zusätzliche Steigerung des Wirkungsgrades tritt dann auf, wenn in einem Röhrengerät verschieden hohe Anodenspannungen und Schirmgitterspannungen benötigt werden.
Man kann dann nämlich die einzelnen Spannungen von den verschiedenen Stufen des Gleichspannungsvervielfachers entnehmen und hat deshalb keine Verluste in Vorschaltwiderständen.
Einrichtung zur Umformung einer
niedrigen Gleichspannung einer Batterie in eine höhere Gleichspannung
Anmelder: Telefunken G. m. b. H.r
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71
Dipl.-Ing. Fritz Rockstuhl, Neu-Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden
BeiGleichspannungs-Wechselspanirangs-Umforrnern mit Röhren ist es bekannt, zwei im Gegentakt geschaltete Röhren durch einen Röhrenoszillator fremd zu steuern, wobei also die beiden Gegentaktröhren als Schalter benutzt werden. Diese beiden Röhren arbeiten jedoch auf einen Transformator, der erst bei Anwendung der Erfindung fortfällt.
Fig. ι bis 4 zeigen Ausführungsbeispielie der Erfindung und
Fig. 5 zeigt die bei Einschaltung der erwähnten Drossel erzielte Kurvenform der Wechselspannung.
In Fig. ι bis 3 sind die als· Schalter wirkenden Transistoren T1 bis T4 als Schalter dargestellt. Der Transistor-Oszillator TO, der von derselben Batterie^ wie die Transistorschalter gespeist wird, steuert auf nicht dargestellte Weise die Transistorschalter. In Fig. 4 ist ein vollständiges Schaltbild dargestellt, welches der vereinfachten Schaltung nach Fig. 3 entspricht.
In Fig. ι bilden die Schalter T1 bis T4 ein Symbol für die Kollektorseite von Transistoren. Diese Transistoren^ bis T1 bewirken eine periodische Umpolung der Batterie^ unter dem Einfluß des Transistor-Oszillators TO. Die Drossel Dr sei zunächst außer Betracht gelassen. Die durch die Umpolung der Batterie entstandene Wechselspannung speist den Eingang P eines Gleichspannungsvervielfachers, der in an sich bekannter Weise unter Verwendung von Gleichrichtern G1 bis G5 und Kondensatoren C1 bis C5 aufgebaut ist. An diesem Vervielfacher können wahlweise die Gleichspannungen U1 oder U2 abgenommen werden. Wird die Verbindung b an Steile der Verbindung a hergestellt, so kommt die Spannung der Batterie A zu der vom Vervielfacher gelieferten Spannung hinzu.
Bei der Umpol schal tang nach Fig.1 kann amcll -e'iixe andere bekannte Vervielfacherschaltung- angewendet werden. . ;-
In Fig. 2 ist eine andere Schaltung dargestellt, bei der.mit zwei Schal tertransistareni T1 üfld" T2 efforder- 5-Hch sirsdl Die erzielte Gleich spannung, ist dann .aller-"". dings auch nur .-halb so groß, was sich jedoch in einfacherer Weise durch eine zusätzliche Verdopplerstufe des Gfeichspannungsvervielfaehers 'ausgleichen läßt. Bei dieser Schaltung wird' dier Vervielfacher periodisch über den Transistorschalter T1 an- die Batterie ./ί anr geschaltet.. Während der Unterbrechungszeit schließt der' Transistorschaiter T2 den Eingang des Vervielfachers kurz,, damit die Ladung des Kondensators C1 über den Gleichrichter G2 an den Kondensator C2 weitergegeben werden kann. - .
Die Schaltung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch, daß die Kondensatoren C1, C3 und C5 nicht in Reihe geschaltet sind, sondern alle am Punkt P liegen. Bei dieser Schaltung müssen die weiter rechts Hegenden Kondensatoren für eine entsprechend höhere Spannungsbelastung bemessen sein, während in Fig. 2 dies nicht erforderlich ist, jedoch die Kapazitäten wegen der Reihenschaltung der Kondensatoren entsprechend größer sein müssen.
Fig. 4 zeigt ein vollständiges Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung, die der schematischen Schaltung nach Fig. 3 unter Hinzufügung einer weiteren Stufe entspricht.
. Links ist der Transistor-Oszillator dargestellt, der. die Transistoren O1 und O2 enthält /und der z. B. auf einer Frequenz von 8 kHz schwingt und in diesem Beispiel ein Gegentäktoszillator ist, da ein solcher Oszillator leichter eine symmetrische Wechselspannung ergibt. Mit der Spule L des Schwingungskreises L, C sind die Rückkopplungsspulen LR gekoppelt. Ferner sind mit der Spule L die beiden Spulen L1 und L2 gekoppelt, die die Transistoren T1 und T2 eingangseeitig steuern. Die Kollektorseite des Transistoren T1 verbindet den oberen Pol P des Vervielfachers mit dem Pluspol der Batterie^ über die Drossel LV, während die Kollektorseite des anderen Transistors T2 wie in Fig. 3 einen periodischen Kurzschluß des Eingangs des Vervielfachers bildet.
Wird eine Batterie von z. B. 22,5 V verwendet, so können die Spannungen U1 — 45 V, U2 — 67,5 V und U3 — 90 V entnommen werden. Die Kondensatoren C1 bis C6 haben z. B. eine Kapazität von 0,25 ^F.
Die Wirkung der in Fig. 1 bis 4 enthaltenen Drossel Dr von z. B. 1,7 raH ist aus Fig. 5 ersichtlich, in der die Abhängigkeit der am Ausgang des Transistors T1 liegenden Spannung U von der Zeit t während einer Schaltperiode dargestellt ist. Ohne die Drossel würde die Spannung am Eingang des Vervielfachers gemäß der gestrichelt gezeichneten Linie ansteigen und wieder abfallen. Unter dem Einfluß der Drossel ergibt sich dagegen annähernd die ausgezogene Kurve. Da die Drossel eine Verlangsamung dier Stromänderung bewirkt, wird ein Stromfluß durch die Kollektorseite der Schaltertransistoren T1 und T2 so lange unterdrückt, bis die Transistoren T1 und T2 unter dem. Einfluß der an der Basis liegenden Steuerspannung vollständig geschlossen und deshalb einen geringen Innenwiderstand haben. Auf diese Weise wird vermieden, diaß der durch die Transistoren fließende Strom in den Transistoren eine wesentliche Verlustleistung erzeugen kann. Zu Beginn der Zeit, in der die Transistoren durch die S teuer wechselspannung geöffnet werden, sind die Kondensatoren des Vervielfachers bereits -weitgehend; aufgeladen, so daß die Transistoren nur noch einen geringen Strom führen und dann ebenfalls nur geringe Leistungsverluste verursachen. Auf diese Weise ergibt sich eine annähernd mäanderförmige Kurvenform. Im Zusammenhang mit mechanischen Zerhackern und dem obenerwähnten Transistor-Oszillator ist es bereits bekannt, daiß die mäanderförmige Kurvenform den größten Wirkungsgrad ergibt.

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    i. Einrichtung zur Umformung einer niedrigen . Gleichspannung einer' Batterie . in eine höhere Gleichspannung unter Verwendung1 eines Transistor-Oszillators und eines Gleichrichters, insbeson-. dere. zur Gewinnung der Anodeitspannung -von» Röhrengeräten, dadurch gekennzeichnet, daß--die vom Transistor-Oszillator (TO) gelieferte- -Wechselspannung" als Schalter wirkende Transistoren . (T1, T2, T3, Ts) eingangssei tig steuert, die ausgangsseitig zwischen dfar Batterie (A) und einem aus Gleichrichtern (G1 bis G5) und Kondensatoren . (C1 bis C5) bestehenden GIe ichspannungsver viel-' fächer ohne Verwendung eines Transformators in der folgenden Weise so eingeschaltet sind, daß· an den Eingang des Ver viel fächere eine Wechselspannung geliefert wird (Fig. 1 bis 5):
    a) entweder sind die als Schalter wirkenden Transistoren vier paarweise im umgekehrten Sinne gesteuerte Transistoren, die eine periodische Umpolung der Batterie bewirken (Fig. i),
    b)-oder die als Schalter wirkenden Transistoren sind zwei im umgekehrten Sinne gesteuerte Transistoren, von denen der eine Transistor die Batterie mit diem Vervielfacher, der eingangsseitig mit einem in Reihe geschalteten Kondensator beginnt, periodisch verbindet, während der andere Transistor den Eingang des Vervielfachers periodisch kurzschließt, wenn· der erste Transistor die Verbindung unterbricht (Fig. 2).
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Zuleitung zum Vervielfacher eine so bemessene Drossel (Dr) liegt, daß der Strotnanstieg während der Schließungszeit dier als Schalter wirkenden Transistoren derart verzögert wird, daß ein mäanderförmiger Spannungsverlauf am Eingang des Vervielfachers zwischen den Transistoren und der Drossel liegt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Speisung eines Röhrengerätes, dadurch gekennzeichnet, daß· die verschiedenen Anoden- und Schirmgitter spannungen an den einzelnen Stufen des- Vervielfachers ohne Vorschaltwi der stand entnommen werden.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung in tragbaren Funkgeräten zur Anodenstromversorgung aus der eingebauten Batterie (Akkumulator).
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 646 937, 832 617.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 60*740/294 12.55
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