DE1143852B

DE1143852B - Schaltungsanordnung zum Erzeugen von rechteckfoermigen Stromimpulsen

Info

Publication number: DE1143852B
Application number: DEST18127A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Arndt Irmisch
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1961-07-27
Filing date: 1961-07-27
Publication date: 1963-02-21
Also published as: US3161783A; CH400230A; GB977357A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, mit der angenähert rechteckförmige Impulse in einer induktiven Last erzeugt werden. Die Anstiegszeit dieser Impulse soll gering und die Amplitude soll in Abhängigkeit von einer eingegebenen Regelgröße genau definiert sein.

Es sind bereits Generatoren bekannt, die Stromimpulse konstanter Amplitude liefern. So ist z. B. eine Schaltung bekannt, bei der die Wicklung eines ins Sättigungsgebiet vormagnetisierten Magnetkernes mit rechteckförmiger Hystereseschleife eine Begrenzung der Impulsamplitude bewirkt. Die Vormagnetisierung wird durch einen genau definierten Strom in einer Vormagnetisierungswicklung eingestellt. Hat der Strom nach dem Einschalten im Lastkreis eine bestimmte Amplitude erreicht, so wird der Magnetkern in den linearen Bereich, also in das Gebiet hoher Permeabilität, gesteuert, so daß durch diese Erhöhung der Serienimpedanz der Strom auf einen bestimmten Wert begrenzt wird.

Um jedoch steile Anstiegsflanken zu bekommen, muß die treibende Betriebsspannung verhältnismäßig hoch sein, um den Strom in der induktiven Last rasch aufzubauen. Ist die gewünschte Amplitude des Stromes erreicht, so fällt der größte Teil der Betriebsspannung an der Serienimpedanz des Begrenzers ab. Das Verhältnis von abgegebener Nutzleistung zur im Generator verbrauchten Leistung ist dadurch sehr ungünstig.

Diese genannten Nachteile zu vermeiden ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Der Erfindungsgegenstand soll trotz hoher Flankensteilheit der erzeugten Impulse einen sehr guten Wirkungsgrad besitzen. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Treiberspannung, die in an sich bekannter Weise an einem Kondensator abnehmbar ist, der einerseits über einen Vorwiderstand mit einer ersten Gleichspannungsquelle und andererseits über eine in Sperrichtung gepolte Diode mit einer zweiten, niedrigeren Gleichspannungsquelle verbunden ist, über die erste Wicklung eines an sich bekannten Magnetkern-Strombegrenzers, dessen Magnetkern mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife über eine zweite Wicklung von einem Strom geregelter Größe bis weit ins Sättigungsgebiet vormagnetisiert ist, durch einen für die Dauer der zu erzeugenden Rechteckimpulse geschlossenen Elektronenschalter an die Last anschaltbar ist.

Die Erholungszeit des Impulsstromgenerators kann dadurch verkürzt werden, daß der Kondensator anstatt über einen Vorwiderstand kurz vor dem Aus-Schaltungsanordnung

zum Erzeugen von rechteckförmigen

Stromimpulsen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Ing. Arndt Irmisch, Stuttgart-Zuffenhausen,
ist als Erfinder genannt worden

lösen des Generators über einen zweiten elektronischen Schalter, der kurzzeitig geschlossen wird, von der ersten Gleichspannungsquelle aufgeladen wird.
Es können die Kondensatoren mehrerer dieser Impulsstromgeneratoren über einen gemeinsamen elektronischen Schalter aufgeladen werden. Die einzelnen Ladeleitungen dieser Kondensatoren müssen in diesem Falle durch vorgeschaltete Dioden entkoppelt werden.

Erst durch die Kombination der Erstellung einer veränderlichen Treiberspannung mit dem einwandfrei begrenzenden Magnetbegrenzer ist es möglich, steile Anstiegsflanken der Rechteckimpulse zu erreichen, ohne daß ein Uberschwingen auftritt. Dadurch wird die Dimensionierung unkritisch. Normalerweise wäre nur ein aperiodischer Einschaltverlauf zu erreichen, wenn kein Überschwingen auftreten darf; in diesem Falle wäre die erreichbare Flankensteilheit jedoch schlechter und außerdem die Dimensionierung sehr kritisch.

Der Erfindungsgegenstand wird nun an Hand der Fig. 1 und 3 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstan-

des,

Fig. 3 eine Zusammenschaltung mehrerer Impulsstromgeneratoren.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 ist folgende: Der elektronische Schalter S₁ sei gesperrt. Der Kondensator C₁ ist hierdurch auf den Wert der Spannung + U₁ aufgeladen. Die Diode D

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ist gesperrt, da die Spannung + CZ₂ niedriger ist als + EZ₁. Der Übertragerkern des Übertragers Ü, der aus einem Material mit angenähert rechteckförmiger Hystereseschleife besteht, wird durch den geregelten Gleichstrom Z₁ in einem definierten Sättigungszustand gehalten; in diesem Zustand stellt die Wicklung N₁ nur einen geringen Seriejnwiderstand dar. Der elektronische Schalter S₁ ist zur Bestimmung der Impulsdauer vorhanden und wird dementsprechend für die Dauer der zu erzeugenden Impulse geschlossen.

Wird nun der Schalter S₁ geschlossen, so treibt die am Kondensator C₁ liegende Spannung einen Strom Z₂ durch die Wicklung N₁ des Übertragers Ü und die induktive Last L + R. In dem Moment, wo der Strom Z₂ die Vormagnetisierung des Übertragerkernes Ü aufhebt, wird dieser in das Gebiet hoher Permeabilität gesteuert und stellt eine hohe Serienimpedanz dar. Der Strom Z₂ kann hierdurch nicht mehr weiter ansteigen; er wird auf einen durch den Vormagnetisierungsstrom Z₁ bestimmbaren Wert begrenzt.

Durch den Laststrom I₂ wird der Kondensator C₁ entladen, und seine Spannung bricht zusammen, weil der Vorwiderstand R_v relativ hochohmig ist. In dem Moment, wo die Spannung unter den Wert von + U₂ fällt, wird die Diode D leitend, und der Strom I₂ wird von der Spannungsquelle + U₂ übernommen. Die Spannung + U₂ ist etwas höher bemessen, als zum Aufrechterhalten des Stromes I₂ durch den ganzen Stromkreis notwendig ist. Aus diesem Grunde wird in der Schaltungsanordnung nur eine geringe Verlustleistung verbraucht.

Der Kondensator C₁ ist so bemessen, daß die in ihm gespeicherte Energie etwa um den Faktor 2 größer ist als die Energie, die zum Erzeugen des gewünschten Stromes I₉ in der Induktivität L der induktiven Last und zur Deckung der Verluste notwendig ist.

Schaltete man nur die niedrige Spannung +U₂ an die Last, so wäre der Wirkungsgrad zwar gut, aber der Stromanstieg ginge langsamer vonstatten. Schaltete men jedoch die höhere Spannung +CZ₁ an die Last, so wäre der Anstieg des Stromes zwar steil, aber der Wirkungsgrad wäre schlecht, weil der größte Teil der Spannung an der Wicklung N₁ des Magnetkernbegrenzers abfallen würde.

Mit der in der Fig. 2 wiedergegebenen Schaltungsanordnung wird erreicht, daß die Erholungszeit des Impulsstromgenerators durch Ersetzen des Vorwiderstandes Ä_v durch einen elektronischen Schalter S₂ verkürzt wird. Der Kondensator C₁ wird kurz vor dem Auslösen des Generators über den Schalter S₂ für kurze Zeit an die Spannungsquelle + CZ₁ geschaltet und dadurch schneller auf den Spannungswert + CZ₁ aufgeladen, als es über den Vorwiderstand möglich wäre. Bevor jedoch der Schalter S₁ eingeschaltet wird, muß S₂ wieder ausgeschaltet sein. Es können mehrere dieser Generatoren über einen gemeinsamen Schalter S₂ an die Spannungsquelle geschaltet werden (Fig. 3). Zur Entkopplung sind in diesem Falle den einzelnen Zuleitungen zu den Kondensatoren C₁... C_n die Dioden D₁ .. .D_n vorgeschaltet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von rechteckförmigen Stromimpulsen mit kleiner Anstiegszeit und einer definierten, von einer geregelten Größe abhängigen Amplitude in einem induktiven Lastkreis mit einer in bestimmten Grenzen veränderlichen ohmschen und induktiven Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß eine Treiberspannung, die in an sich bekannter Weise an einem Kondensator (C₁) abnehmbar ist, der einerseits über einen Vorwiderstand (R_v) mit einer ersten Gleichspannungsquelle (+CZ₁) und andererseits über eine in Sperrichtung gepolte Diode (D) mit einer zweiten, niedrigeren Gleichspannungsquelle (+CZ₂) verbunden ist, über die erste Wicklung (JV₁) eines an sich bekannten Magnetkern-Strombegrenzers, dessen Magnetkern mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife über eine zweite Wicklung (N₂) von einem Strom geregelter Größe (Z₁) bis weit ins Sättigungsgebiet vormagnetisiert ist, durch einen für die Dauer der zu erzeugenden Rechteckimpulse geschlossenen Elektronenschalter (S₁) an die Last (L, R) anschaltbar ist.

2. Impulsstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C₁) anstatt über einen Vorwiderstand kurz vor dem Auslösen des Generators über einen zweiten elektronischen Schalter (S₂), der kurzzeitig geschlossen wird, von der ersten Gleichspannungsquelle (+CZ₁) aufgeladen wird.

3. Zusammenschaltung mehrerer Impulsstromgeneratoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C₁.. .C_n) über einen gemeinsamen Schalter (S₂) kurz vor dem Auslösen aufgeladen werden und daß zur Entkopplung Dioden (D₁... D_n) vor die einzelnen Ladeleitungen geschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen