DE1094314B - Schutzschaltung zur Vermeidung der UEberlastung von Transistoroszillatoren in Spannungsumformern - Google Patents

Schutzschaltung zur Vermeidung der UEberlastung von Transistoroszillatoren in Spannungsumformern

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DE1094314B
DE1094314B DEN14953A DEN0014953A DE1094314B DE 1094314 B DE1094314 B DE 1094314B DE N14953 A DEN14953 A DE N14953A DE N0014953 A DEN0014953 A DE N0014953A DE 1094314 B DE1094314 B DE 1094314B
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Hette Smedema
Johannes Noordanis
Johan Geert Damstra
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

DEUTSCHES
Die vorliegende Erfindung betrifft Schutzmaßnahmen an einem Spannungsumformer mit mindestens einem durch Rückkopplung über einen Transformator selbsterregten Transistoroszillator und einem Gleichrichter, an dessen Ladekondensator die Ausgangsspannung abgenommen wird.
In solchen bekannten Umformern ist es meistens vorteilhaft oder sogar notwendig, die Aufschaukelung der Schwingungen durch eine der Basis des Transistors aus der Speisegleichspannungsquelle zugeführte vorwärts gerichtete Spannung zu erleichtern. Andernfalls kommt öfters der Transistoroszillator überhaupt nicht zum Schwingen oder, falls er im unbelasteten Zustand infolge eines Einschaltstromstoßes wohl zum Schwingen kommt, wird er durch die an seine Ausgangsklemmen angeschlossene Belastung dabei behindert. Dies trifft zu bei Gleichspannungsumformern, deren Belastungskreis einen Gleichrichter enthält. Die Belastungsimpedanz ist dabei besonders klein und damit die anfängliche effektive Belastung besonders stark, wenn das auf den Gleichrichter folgende Glättungsfilter einen unmittelbar an den Gleichrichter angeschlossenen Querkondensator enthält oder gar aus Ersparnisgründen ausschließlich aus einem solchen Kondensator besteht.
Die bekannten Umformer mit Vorwärtseinstellung der Basiselektrode des Transistors haben jedoch den Nachteil, daß diese Einstellung bei Überbelastung des Umformers aufrechterhalten bleibt, so daß sie im Transistor selbst in Wärme umgesetzte Verlustleistung stark zunimmt und die Zerstörung des Transistors herbeiführen kann. In dieser Beziehung ist eine kleine Vorwärtseinstellung mittels eines ohmschen Spannungsteilers günstiger als die verhältnismäßig starke Vorwärtseinstellung, die erhalten wird, wenn der zwischen Basis und Emitter geschaltete Widerstand des Spannungsteilers durch eine in der Vorwärtsrichtung geschaltete Diode ersetzt wird. Doch kann auch im ersten Fall thermische Unstabilität und daraus folgende endgültige Zerstörung des Transistors auftreten.
Es ist weiterhin ein Spannungsumformer bekannt, bei dem die Zuführung einer Startspannung für einen Transistoroszillator über einen Kondensator erfolgt. Bei Umformern, die insbesondere mit sehr großen Siebkondensatoren auf der Lastseite ausgerüstet sind, ist ein sicheres Starten nicht immer gewährleistet, sofern der an der Transistorbasis liegende Kondensator nicht eine sehr große Kapazität besitzt, was jedoch unter anderem aus Raumgründen unvorteilhaft ist. Auch bei Überbelastung bzw. Kurzschluß an den Ausgangsklemmen des bekannten Umformers besteht die Gefahr einer Zerstörung des Transistors. Weiterhin ist es bekannt, eine von der Belastung des Umformers Schutzschaltung
zur Vermeidung der Überlastung
von Transistoroszillatoren in Spannungsumformern
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Heute Smedema, Johannes Noordanis
und Johan Geeirt Damstra, Hilversum (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden
abhängige Steuerspannung unter Verwendung eines Hilfstransistors der Basis des Oszillatortransistors zuzuführen, wobei bei Zunahme der Belastung die Spannung sinkt und infolgedessen der Kollektorstrom des Transistors, so daß die in der Sperrichtung wirksame Spannung abnimmt und der Basisstrom des Transistors zunimmt und einer Abnahme der Spannung am Widerstand entgegenwirkt.
Dieser zur Stabilisierung der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Transistorumformers dienenden Anordnung gegenüber bezweckt die Erfindung den Schutz der Oszillatortransistoren im Falle zu starker Belastung oder bei Kurzschluß zwischen den Ausgangsklemmen.
Gemäß der Erfindung werden bei einer Schutzschaltung zur Vermeidung der Überlastung von Spannungsumformern mit einem durch Rückkopplung über einen Transformator selbsterregten Transistoroszillator und einem Gleichrichter, an dessen Ladekondensator die Ausgangsspannung abgenommen wird, wobei die Aufschaukelung der Schwingungen durch eine der Basis des Oszillatortransistors zugeführte vorwärts gerichtete Spannung erleichtert wird, die Nachteile dadurch beseitigt, daß die Kollektor-Emitter-Strecke eines Hilfstransistors zwischen der Quelle vorwärts gerichteter Spannung und der Basis des Oszillatortransistors eingeschaltet ist, an dessen Basis eine von der Belastung des Umformers abhängige Steuerspannung zugeführt wird, derart, daß die vorwärts gerichtete Spannung bei Überbelastung des Umformers herabgesetzt wird.
009 677/345
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Wenn auch die einzelnen Maßnahmen der Erfindung kondensator 12 unmittelbar an den Ausgang des
an sich für andere Zwecke bei Transistorumformern Gleichrichters 11 geschaltet ist. Dieser Kondensator
bekannt sind, so wird mit der Erfindung eine sehr ein- ist ein Elektrolytkondensator verhältnismäßig großer
fache und vorteilhafte Schaltung erzielt, die die Tran- Kapazität, der die Glättung der erzeugten erhöhten
sistoren bei Überlastung oder Lastkurzschlüssen 5 Gleichspannung allein übernimmt. Beim Einschalten
weitgehend schützt. des Schalters 2 ist der Kondensator 12 natürlich nicht
Vorzugsweise wird die Steuerspannung für die geladen, so daß er eine starke Belastung der Schaltung
Basis des Hilfstransistors der Rückkopplungswick- herbeiführt. Demzufolge würde die Schaltung in Ab-
lung des Transformators entnommen. Außerdem wird Wesenheit des Widerstandes 13 nicht von selbst zum
eine vorwärts gerichtete Spannung beim Einschalten io Schwingen kommen. Im Betrieb fließt ein gewisser
des Umformers dieser Basis vorübergehend zugeführt, Strom über den Schalter 2, den Widerstand 13 und
so daß der Hilfstransistor am Anfang der Ein- die Diode 9. Die Diode ist dabei leitend, so daß
schwingperiode des Oszillators leitend ist und die Energie im Widerstand 13 nutzlos verlorengeht. Ein
vorwärts gerichtete Spannung für die Basis des Oszil- großer Nachteil dieser Schaltung liegt darin, daß sie
latortransistors überträgt. Eine besonders vorteilhafte 15 keine wesentliche Überbelastung ertragen kann. Falls
Ausführungsform besitzt ein oder mehrere Paare von die Schaltung infolge Überbelastung oder Kurzschluß
in Gegentakt geschalteten Oszillatortransistoren und des Ausganges zu schwingen aufhört, werden die
ein Paar von Hilfstransistoren, deren Basis-Emitter- Transistoren 3 und 4 durch die vorwärts gerichtete
Strecken je durch die Spannung der gesamten Rück- Vorspannung stets leitend gehalten. Die abgegebene
kopplungswicklung in Gegentakt gesteuert werden. 20 Leistung nimmt dabei beträchtlich ab, da die Wechsel-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher spannungen an den verschiedenen Wicklungen des
erläutert, worin Transformators auch stark abnehmen, werden die
Fig. 1 das Schaltungsschema eines bekannten Span- Kollektorspannungen stets größer. Die Transistoren
nungsumformers ist, arbeiten dabei oberhalb des Knickes ihrer Kollektor-
Fig. 2 das Schaltungsschema eines ersten Ausfüh- 25 strom-KolIektorspannungs-Charakteristik. Die in der
rungsbeispiels des Erfindungsvorschlages; Schaltung verbrauchte Leistung nimmt somit stark zu.
Fig. 3 ist das Schaltungsschema eines zweiten Aus- Diese Leistung geht hauptsächlich in den Transistoren
führungsbeispiels des Erfindungsvorschlages, und verloren, welche so warm werden, daß sie nach einiger
Fig. 4 stellt ein Strom-Spannungs- und ein Strom- Zeit zerstört werden (thermische Unstabilität).
Leistungs-Diagramm einer praktischen Ausführung 30 Eine Sicherheitsmaßnahme gegen diesen Übelstand
des Beispiels nach Fig. 2 dar. besteht im Ersetzen der Diode 9 durch einen kleinen
Der bekannte Spannungsumformer, dargestellt in Widerstand. Dadurch wird erreicht, daß bei Kurz-Fig. 1, besitzt ein Paar Eingangsklemmen zum An- Schluß des Ausganges die aufgenommene Leistung Schluß an eine Gleichspannungsquelle 1, z. B. eine auch zurückgeht. Jedoch bleibt, infolge der vorwärts Trockenbatterie oder ein Akkumulator mit einer 35 gerichteten Spannung, welche für ein gutes Ein-Spannung von 12 Volt, einen über einen Rückkopp- schwingen nötig ist, diese aufgenommene Leistung so lungstransformator 7, 8, 10 gekoppelte Transistor- groß, daß bei Kurzschluß und bei höheren Temperaoszillator mit in Gegentakt geschalteten Transistoren 3 türen, z. B. bei 70° C, die Schaltung wieder thermisch und 4 des pnp- oder Grenzschichttyps, und ein Paar unstabil ist, was zur Zerstörung der Transistoren füh-Ausgangsklemmen 5 und 6, an welchen eine herauf- 40 ren kann. Es ist somit erwünscht, die vorwärts getransformierte Gleichspannung abgenommen wird. richtete Vorspannung bei Überbelastung des Um-Die Kollektorelektroden der Transistoren 3 und 4 formers zu unterdrücken.
sind über die beiden Hälften der mit einer Mittel- Zu diesem Zweck besitzt das erste Ausführungsanzapfung versehenen Primärwicklung 7 des Trans- beispiel nach Fig. 2 Hilfstransistoren 14 und 15, über formators und einen Ein-Aus-Schalter 2 mit der 45 deren Kollektor-Emitter-Strecken die vorwärts genegativen Klemme der Spannungsquelle 1 verbunden. richtete Vorspannung den Basiselektroden der Oszil-Ihre Emitterelektroden liegen unmittelbar an der latortransistoren 3 und 4 zugeführt wird. Die Basispositiven Klemme dieser Spannungsquelle, und ihre elektroden der Hilfstransistoren 14 und 15 erhalten Basiselektroden sind über bezügliche Hälften 8 und 8' eine von der Belastung des Umformers abhängige einer Rückkopplungswicklung und über eine in der 50 Steuerspannung, die ihnen aus den Rückkopplungs-Vorwärtsrichtung geschaltete Diode 9 ebenfalls mit wicklungen 8, 8' zugeführt wird. Die Spannung über der positiven Klemme der Spannungsquelle 1 verbun- diesen Rückkopplungswicklungen nimmt bei zunehden. Der Transformator besitzt noch eine Sekundär- mender Belastung der Schaltung ab, so daß die vorwicklung 10, an welche ein Gleichrichter in Grätz- wärts gerichtete Vorspannung der Basiselektroden schaltung 11 angeschlossen ist. Die Ausgangsklem- 55 der Transistoren 3 und 4 bei überbelastung des Ummen 5 und 6 sind überbrückt durch einen Glättungs- formers herabgesetzt wird.
kondensator 12 und an die Ausgangspunkte des Beim Einschalten mittels des Schalters 2 wird der
Gleichrichters 11 angeschlossen. Schließlich besitzt die Basiselektrode des Hilfstransistors 15 eine vorwärts
Schaltung noch einen Widerstand 13, über welchen gerichtete Spannung vorübergehend zugeführt. Zu
der gemeinsame Punkt der Rückkopplungswick- 60 diesem Zweck besitzt die Schaltung einen Elektrolyt-
lung 8, 8' und der Diode 9 über den Schalter 2 mit kondensator 16, dessen negative Elektrode mit dem
der negativen Klemme der Spannungsquelle 1 ver- beweglichen Kontakt des Schalters 2 verbunden ist
bunden ist. und dessen positive Elektrode über einen Widerstand
Der Widerstand 13 von z. B. 100 Ohm dient dazu, 17 mit dem Ruhekontakt dieses Schalters verbunden den Basiselektroden der Transistoren 3 und 4 eine 65 ist. Der gemeinsame Punkt des Widerstandes 17 und kleine vorwärts gerichtete Vorspannung zuzuführen. der ihn mit dem Ruhekontakt des Schalters verbin-Dank dieser Vorspannung sind diese Transistoren im denden Leitung ist mit der Basiselektrode des Hilfs-Einschaltmoment leitend, so daß der Transistoroszil- transistors 15 verbunden, welche über einen Widerlator im belasteten Zustand von selbst anschwingen stand 18 an den gemeinsamen Punkt der Basiselekkann. Es ist ferner beachtenswert, daß der Glättungs- 70 trode des Transistors 3 und der Rückkopplungswick-
5 6
lung 8 geschaltet ist. Beim Einlegen des Schalters 2 strom ist. Dieser Leckstrom /'„ ist immer viel größer wird die Basis des Hilfstransistors 15 über den als der Leckstrom des Transistors 14 oder 15, deren Widerstand 17 und den Kondensator 16 vorüber- Basiskreise keine unendlich große Impedanz enthalten, gehend auf das Potential der negativen Klemme der Er nimmt mit der Temperatur zu und verursacht eine Spannungsquelle 1 gebracht. Dadurch wird der Tran- 5 rasche Abnahme des Potentials an den Kollektoren sistor 15 stark leitend, so daß über den in seinem der Transistoren 14 und 15, so daß der Leckstrom Kollektorkreis geschalteten Widerstand 13 und einen über diese Transistoren sehr klein bleibt und der über kleinen Emitterwiderstand 19 eine vorwärts gerichtete die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 14 Spannung der Basiselektrode des Transistors 4 zu- und 15 dem gemeinsamen Basiskreis der Trangeführt wird. ίο sistoren 3 und 4 zugeführte Vorwärtsstrom minde-Während des Einschwingens des Oszillators mit stens annähernd temperaturunabhängig ist. Der den Transistoren 3 und 4 wird der Kondensator 16 Widerstand 18 kann nun einen verhältnismäßig hohen über die Widerstände 17, 18 und 9' allmählich unge- Wert haben, z. B. 470 Ohm, so daß das Einschwingen fähr auf die Spannung der Quelle 1 geladen, so daß auch bei Belastung mit einem großen Elektrolytdie vorwärts gerichtete Vorspannung der Basis des 15 kondensator, so als der Kondensator 12 der Fig. 1, Transistors 15 mit der Zeit verschwindet. Die Hilfs- selbst bei tiefer Umgebungstemperatur mühelos ertransistoren 14 und 15 werden dann jedoch durch die folgt. Bei höherer Umgebungstemperatur steigt der Spannung über die gesamte Rückkopplungswick- Leckstrom über den Kompensationstransistor 21 mehr lung 8, 8' zwischen Basis- und Emitterelektroden aus- und mehr, beeinträchtigt jedoch keinesfalls das Eingesteuert, derart, daß der Hilfstransistor 14, über 20 schwingen der Oszillatorschaltung, da dieses Einweichen die vorwärts gerichtete Basisspannung dem schwingen bei zunehmender Temperatur immer Transistor 3 zugeführt wird, gleichzeitig in der leichter selbsttätig und ohne vorwärts gerichtete Vor-Vorwärtsrichtung gesteuert wird wie der Transistor 4 spannung erfolgen kann.
und daß der Transistor 15, über welchen die vorwärts Bei Überbelastung des Spannungsumformers, z. B.
gerichtete Basisspannung dem Transistor 4 zugeführt 35 bei Kurzschluß der Ausgangsklemme 5 und 6 (Fig. 1), wird, zugleich in die Vorwärtsrichtung gesteuert wird nimmt die Rückkopplungsspannung über den Wickwie der Transistor 3. Abwechslungsweise bringen lungen 8, 8' ungefähr im gleichen Maße wie die Spansomit die Transistoren 14 und 15 das mit ihren nung über der Sekundärwicklung 10 ab, so daß die Emitter gekoppelte Ende der Wicklung 8 bzw. 8' auf Aussteuerung der Hilfstransistoren 14 und 15 durch das gemeinsame Gleichspannungspotential ihrer KoI- 30 die Überbelastung auch herabgesetzt wird. Die Tranlektorelektroden. Die Hilfstransistoren 14 und 15 sistoren 14 und 15 sind stark übersteuert, so daß die sowohl als die Haupttransistoren 3 und 4 werden Gleichstromvorspannung bei Überbelastung nicht derart ausgesteuert, daß sie je während einer halben unmittelbar verschwindet, sondern erst nach einem Periode der erzeugten Schwingung entweder voll- gewissen Schwellenwert der Überbelastung. Der Umständig leitend oder vollständig gesperrt sind. Die 35 former ist somit in beschränktem Maße überbelastbar, vorwärts gerichtete Vorspannung für die Basis jedes was in der Praxis öfters sehr erwünscht ist. Bei der Haupttransistoren wird im wesentlichen durch Überschreiten des erwähnten Schwellenwertes hört den bezüglichen Spannungsteiler, bestehend aus dem die Schaltung von selbst auf zu schwingen und muß gemeinsamen Kollektorwiderstand 13 und die bezug- von neuem angelassen werden. Wie weiter unten erlichen Emitterwiderstände 19 bzw. 20 der Hilfs- 4° läutert, ist die Überlastungsschwelle einstellbar, transistoren, und den Widerstand 9' geliefert. Dank Darunter sinkt die Schwingspannung mit zunehmender Anwesenheit des Basiswiderstandes 18 im Basis- der Belastung, weil dadurch die fest eingestellte kreis des Hilfstransistors 15 verstärkt dieser Tran- Steuerspannung bedingte maximale Strom, den die sistor den Hauptteil des über den Widerstand 17 seine Haupttransistoren zu liefern vermögen, erreicht wird. Basis-Emitter-S trecke und den Widerstand 19 einer- 45 Unter diesen Umständen ist die in Transistoren 3 seits und durch den Widerstand 18 andererseits und 4 bei Kurzschluß verlorengehende Leistung befließenden Ladestromes des Kondensators 16. Das schränkt auf das Produkt der diesbezüglichen kleinen Aufschwingen erfolgt deshalb um so leichter, je Leckströme dieser Transistoren im gesperrten Zugrößer der Wert des Widerstandes 18 ist. Bei zu stand. Die Transistoren 3 und 4 sind somit gegen jede hohem Wert dieses Widerstandes spielt jedoch der 50 Überbelastung wirkungsvoll geschützt. Kollektor-Emitter-Leckstrom des Transistors 15 eine Die Diagramme der Fig. 4 veranschaulichen die
zunehmende Rolle, und da dieser Strom (maximal Wirkungsweise eines Spannungsumformers nach der gleich Jp0) stark temperaturabhängig ist, verändert Schaltung von Fig. 2, wobei die Transistoren 3 und 4 sich die Vorwärtseinstellung der Haupttransistoren des Typs OC 16 und die übrigen Transistoren des mit der Temperatur. Dies kann so weit gehen, daß 55 Typs OC 72 waren. Die Batterie 1 hatte eine Nennder Widerstand 13 von z. B. 100 Ohm praktisch direkt spannung von 12 Volt, der Widerstand 9' einen Wert über die Emitterwiderstände20 und 19 von z.B. je von 10 Ohm und der Kondensator 12 (Fig. 1) eine 27 Ohm und über die Kollektor-Emitter-Strecken der Kapazität von 50 μΡ. Die Widerstände 13, 17, 18, 19 Hilfstransistoren mit den Basisverbindungen der und 20 waren von 100, 470, 470, 27 bzw. von 27 Ohm, Haupttransistoren verbunden ist. Um dies zu ver- 60 und der Startkondensator 16 hatte eine Kapazität von hindern, ist in der Schaltung nach Fig. 2 eine Tempe- 250 μΈ. Die voll ausgezogenen Kurven der Ausgangsraturkompensation vorgesehen. Diese wird mittels spannung V0 und der in der Schaltung verlorenen eines fünften Transistors 21 erreicht, dessen Kollektor Leistung Wv als Funktionen des Belastungsstromes /0 am gemeinsamen Punkt der Kollektoren der Hilfs- wurden bei einer Umgebungstemperatur von 21° C transistoren 14 und 15 und des Widerstandes 13 ange- 65 aufgenommen, die gestrichelten Kurven bei einer schlossen ist und dessen Emitter mit der positiven Umgebungstemperatur von 71° C. Aus diesen Kurven Klemme der Spannungsquelle 1 verbunden ist. Die sieht man sofort, daß die Ausgangsspannung bei einer Basiselektrode des Transistors 21 ist nicht ange- gewissen Belastung plötzlich stark abnimmt (abkippt) schlossen, so daß der Strom über dessen Emitter- und längs eines zweiten Astes der Kurve dem Grenz-Kollektor-Strecke nur ein temperaturabhängiger Leck- 7° wert Null zustrebt, so daß die in der Schaltung ver-
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lorene Leistung einen Wert von etwa 11 Watt (bei Klemme der Spannungsquelle 1, über den Schalter 2 71° C) nicht überschreiten kann und bei aussetzender und den Widerstand 27 bzw. 27', welcher mit dem Schwingung sehr klein bleibt (kleiner als 4 Watt bei Widerstand 26 bzw. 26' als Spannungsteiler wirkt. 71° C). Bei Überbelastung des Umformers werden die Hilfs-
Die Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel 5 transistoren 14 und 15 gesperrt, so daß der Verlustmit vier Haupttransistoren 3, 3', 4 und 4', zwei Hilfs- strom über die in Reihe geschalteten Emittertransistoren 14 und 15 und einen !Compensations- Kollektor-Kreisen der Transistoren 3 und 3' bzw. 4 transistor 21. Dieser Spannungsumformer ist für eine und 4' auf den kleinen Leckstrom des Transistors 3 Speisespannung von 24 Volt vorgesehen. Um eine Be- bzw. 4 beschränkt wird. Dazu ist es nicht notwendig, Schädigung der Haupttransistoren durch über die io auch die vorwärts gerichtete Vorspannung der Basis-Primärwicklung 7 des Transformators auftretenden elektroden des Transistors 3' bzw. 4' zu unterdrücken. Spannungsspitzen zu verhindern, werden die Emitter- Der Kompensationstransistor 21 kann natürlich
Kollektor-Strecken von je zwei Haupttransistoren 3 auch durch einen Widerstand mit negativem Tempe- und 3' bzw. 4 und 4' miteinander in Reihe geschaltet, raturkoeffizient ersetzt werden. Dabei ist es wichtig, während dem die Basiselektroden der Haupt- 15 daß dieser Widerstand oder dieser Transistor auf der transistoren 3' und 4' mittels zusätzlicher Rück- Temperatur der Haupttransistoren 3 und 4 bzw. 3, 3' kopplungswicklungen 28 bzw. 28' erregt werden. Zum und 4, 4' gebracht wird, am besten durch Anbringen Einschwingen genügt es, eine vorwärts gerichtete dieses Elementes auf einer gleichen Kühlplatte wie die Vorspannung den Basiskreisen der Haupttran- Haupttransistoren. Diese Temperaturkompensation sistoren 3 und 4 zuzuführen, mittels einer Schaltung, ao ist nicht unentbehrlich, jedoch sehr vorteilhaft. Erweiche genau derjenigen des Ausführungsbeispiels wähnt sei noch, daß der Widerstand 9' durch eine in nach Fig. 2 entspricht. Jedoch ist dabei der Wider- Vorwärtsrichtung geschaltete Diode wie die Diode 9 stand 17 von Fig. 2 ersetzt durch einen ersten Wider- der Fig. 1 überbrückt werden kann. Dadurch werden stand 17, über welchen der Kondensator 16 sich im die Verluste etwas herabgesetzt und die Ausgangsausgeschalteten Zustand des Umformers entladen 25 leistung noch etwas erhöht.
kann, und durch einen zweiten Widerstand 17', über Mit Bezug auf die JFV-Kurven der Fig. 4 sei noch
welchen im Einschaltmoment das Potential am beweg- bemerkt, daß ungefähr je ein Achtel der maximalen liehen Kontakt des Schalters 2 über den Kondensator Verlustleistung im Widerstand 13 bzw. im Trans-16 der Basiselektrode des Hilfstransistors 15 züge- formator und im Gleichrichter 11 (Fig. 1) verlorenführt wird. 30 geht, so daß die maximale in den Transistoren 3 und 4
Über jede Hälfte der Primärwicklung 7 ist ein verlorene Leistung auf je ungefähr 4 Watt beschränkt Reihenkreis, bestehend aus einem Gleichrichter 22 ist. Bei der Temperatur von 71° C setzen die Schwin- bzw. 22', einen Elektrolytkondensator 23 bzw. 23' und gungen bei Überlastung nicht ganz aus, sondern der einen zweiten Gleichrichter 24 bzw. 24', geschaltet. Oszillator schwingt weiter mit einer sehr kleinen Der Kondensator 23 bzw. 23' ist überbrückt durch 35 Amplitude, was den beträchtlichen Unterschied im einen Widerstand 25 bzw. 25', und der gemeinsame Verlaufe der zwei Wv -Kurven bei überbelastung erPunkt der Emitterelektrode des Transistors 3' und des klärt. Die Schaltung bleibt jedoch thermisch stabil, Kollektors des Transistors 3 ist unmittelbar am und die Transistoren 3 und 4 werden keinesfalls übergemeinsamen Punkt des Gleichrichters 22 und des belastet.
Kondensators 23 angeschlossen, während die ent- 40 Die Hilfstransistoren wirken normalerweise als sprechenden gemeinsamen Punkte der Elemente 4, 4', elektronische Schalter, wobei infolge ihrer großen 22' und 23' ebenfalls unmittelbar miteinander ver- Aussteuerung und dank der Widerstände 19 und 20 bunden sind. Andererseits ist die von der Basis des und einer geschickten Wahl des Widerstandes 13 nur Transistors 3' abgewendete Klemme der Rück- eine sehr kleine Leistung in diese Transistoren verkopplungswicklung 28 mit der Anzapfung eines zwi- 45 lorengeht. Auch die Haupttransistoren 3 und 4 bzw. 3' sehen dem gemeinsamen Punkt der Emitterelektrode und 4' wirken als elektronische Schalter, so daß über des Transistors 3' und der Kollektorelektrode des der Wicklung 7 des Transformators eine in der Haupt-Transistors 3 und dem beweglichen Kontakt des sache rechteckförmige Spannung erzeugt wird. Dem-Schalters 2 angeschlossenen Spannungsteilers ver- zufolge besitzen die Umformerschaltungen nach Fig. 2 bunden. Dieser Spannungsteiler besteht aus Wider- 50 oder 4 sowohl als derjenige nach Fig. 1 einen verständen 26 und 27, und ein entsprechender Spannungs- hältnismäßig kleinen Innenwiderstand. Die Spanteiler mit Widerständen 26' und 27' ist für die Tran- nungsänderungen als Funktion des Belastungsstromes sistoren 4 und 4' vorgesehen. Schließlich sind noch bleiben deshalb verhältnismäßig gering und werden Spannungsteiler mit Widerständen 29 und 30 bzw. erst sehr stark in der Nähe des für die Transistoren 29' und 30' zwischen der positiven Klemme der 55 maximal vorgesehenen Stromes. Dieser Wert des Spannungsquelle 1 und der Kollektorelektrode des Stromes, bei welchen die Ausgangsspannung plötzlich Transistors 3' bzw. 4' vorgesehen, wobei die An- stärker abnimmt, kann mittels der Rückkopplungszapfung dieser Spannungsteiler wieder mit dem wicklung 8, 8' bzw. 8, 8' und 28, 28' und der Wahl der gemeinsamen Punkt der Kollektorelektrode des Tran- vorwärts gerichteten Vorspannung nach Wunsch besistors 3 bzw. 4 und der Emitterelektrode des Tran- 60 einflußt werden,
sistors 3' bzw. 4' verbunden ist. Die beschriebenen Schaltungen ermöglichen es, den
Durch die Spannungsteiler 29, 30 bzw. 29', 30' im Widerstand 9' im Basis-Emitter-Kreis der Haupt-Zusammenwirken mit den Reihenkreisen 22, 23, 24 transistoren verhältnismäßig klein zu wählen, was bzw. 22', 23', 24' und mit dem Widerstand 25 bzw. besonders bei größeren Spannungsumformern sehr zu 25' wird eine gute Teilung der Spannungen zwischen 65 wünschen ist. Dadurch werden nämlich die Steuerden Emitter-Kollektor-Kreisen der Transistoren 3 Verluste herabgesetzt und die Spannungssteuerung und 3' bzw. 4 und 4' sowohl wechselspannungsmäßig der Haupttransistoren verbessert, so daß die Schaltals gleichspannungsmäßig erreicht. Andererseits wird Verluste in diesen Transistoren bei möglichst kleinen den Basiselektroden der Transistoren 3' und 4' stets Speichereffekten herabgesetzt werden und die Streueine VorwäTt&spannung zugeführt aus der negativen 70 ung in den Transistoreigenschaften so wenig wie
möglich zur Auswirkung kommen. Ein geringer Wert dieses Basiswiderstandes verbessert ferner die thermische Stabilität der Schaltung und erlaubt es, höhere Sperrspannungen auf die Kollektorelektroden zuzulassen. Auch werden dadurch die Verluste die Spannungsspitzen an den Elektroden der Haupttransistoren und die maximale Ausgangsspannung im unbelasteten Zustand herabgesetzt, da eine bessere Zurückführung der unverbrauchten Schwingungsenergie nach der Spannungsquelle 1 über diesen kleinen Widerstand und die Kollektorbasisdioden der Haupttransistoren stattfindet. Der Einfluß des Basiswiderstandes 9' auf die Belastungscharakteristik im normalen Belastungsbereich ist nur gering, setzt jedoch die maximale Ausgangsleistung etwas herab. Eine Überbrückung durch eine Diode wie die Diode 9 der Fig. 1 wirkt sich immer günstig aus, der Ersatz des Widerstandes 9' durch eine solche Diode ist jedoch immer sehr ungünstig, da dadurch eine große Impedanz eingeführt wird.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Schutzschaltung zur Vermeidung der Überlastung von Spannungsumformern mit einem durch Rückkopplung über einen Transformator selbsterregten Transistoroszillator und einem Gleichrichter, an dessen Ladekondensator die Ausgangsspannung abgenommen wird, wobei die Aufschaukelung der Schwingungen durch eine der Basis des Oszillatortransistors zugeführte vorwärts gerichtete Spannung erleichtert wird, da durch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Strecke eines Hilfstransistors (14 bzw. 15) zwischen der Quelle vorwärts gerichteter Spannung und der Basis des Oszillatortransistors (3 bzw. 4) eingeschaltet ist, an dessen Basis eine von der Belastung des Umformers abhängige Steuerspannung zugeführt wird, derart, daß die vorwärts gerichtete Spannung bei Überbelastung des Umformers herabgesetzt wird.
    2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für den Hilfstransistor der Rückkopplungswicklung (8, 8') des Transformators entnommen wird.
    3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorwärts gerichtete Spannung der Basis des Hilfstransistors (15) beim Einschalten des Umformers vorübergehend zugeführt wird, so daß der Hilfstransistor am Anfang der Einschwingperiode des Oszillators leitend ist und die vorwärts gerichtete Spannung für die Basis des Oszillatortransistors (4) überträgt.
    4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Hilfstransistors (15) über einen ersten Widerstand (18) mit der Basis des Oszillatortransistors (3) und über einen zweiten Widerstand (17) und einen Kondensator (16) mit dem Kollektor des Oszillatortransistors über die Primärwicklung (7) des Transformators verbunden ist.
    5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit mindestens einem Paar von in Gegentakt geschalteten Oszillatortransistoren (3 und 4) und einem Paar von Hilfstransistoren (14 und 15), dadurch gekennzeichnet, daß die Basis und der Emitter jedes Hilfstransistors mit der Basis des einen bzw. mit der des anderen der Transistoren eines Oszillatortransistorenpaares verbunden sind, so daß beide Hilfstransistoren durch die gesamte, zwischen den Basen dieser Oszillatortransistoren wirksame Spannung in Gegentakt gesteuert werden.
    6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Wirkungen des mit der Temperatur zunehmenden Kollektor-Basis-Leckstromes des Hilfstransistors (15) durch den erwähnten ersten Widerstand (18), ein dritter Widerstand (21) mit negativem Temperaturkoeffizient zwischen dem Kollektor des Hilfstransistors und dem Emitter des Oszillatortransistors (3) geschaltet ist.
    7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines mit schwebender Basis geschalteten Transistors (21) gebildet ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 009 675, 1 023 090, 738;
    Proceedings of the IRE, Februar 1954, S. 394 und
    395.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 009 677/545 11.60
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