DE1242276B - Wandlerschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a4 - 35/11

Nummer: 1242 276

Aktenzeichen: W 30210IX d/21 a4

J 242 276 Anmeldetag: 21.Juni 1961

Auslegetag: 15. Juni 1967

Bei vielen elektrischen und elektronischen Anordnungen, z. B. bei hochwertigen tonfrequenten Widergabeeinrichtungen oder bei ferngesteuerten Projektilen, ist es wichtig, Stromversorgungen vorzusehen, die einen konstanten Strom an eine gegebene Last liefern. Solche Stromversorgungen müssen extrem hohe Zuverlässigkeit und einen verhältnismäßig hohen Stromstabilisierungsgrad besitzen. Transistorierte Stromversorgungssysteme sind klein, widerstandsfähig und wartungsfrei, besitzen den erforderlichen Zuverlässigkeits- und Stabilitätsgrad und eignen sich daher für viele Anwendungsfälle.

Die hierfür erforderliche Wandlerschaltung benutzt im allgemeinen zwei Transistoren und einen sättigbaren Transformator, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der im Einzelfall wiederum gleichgerichtet werden kann. Die Transistoren arbeiten dabei als elektronische Schalter, d. h., sie sind entweder leitend oder nicht leitend. Sie liegen in Stromkreisen, mit deren Hilfe Strom aus einer Gleichstromquelle abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen an einen Teil der Primärwicklung eines Transformators geliefert wird. Jeder dieser Stromkreise wird üblicherweise durch einen einzelnen, in Reihe mit der Gleichstromquelle geschalteten Schalttransistor gebildet, wobei man entweder eine Strom- oder eine Spannungsrückkopplung benutzt, um die Schaltzeit der Transistoren zu steuern.

Bei vielen Anwendungen verlangt man eine Stromrückkopplung an Stelle einer Spannungsrückkopplung, um eine bessere Regelung der Ausgangsleistung und des Wirkungsgrads im gesamten Bereich zwischen Leerlauf und Vollast zu erreichen, ferner um eine Sicherung gegen Selbstzerstörung zu erhalten für den Fall, daß der Ausgang kurzgeschlossen wird, um ein Selbstanlaufen bei starker Belastung zu erreichen, wenn eine große Windungszahl am Ausgang verlangt wird, sowie um die Belastung des Transistors und übermäßige Übergangsverluste mit dem Ziel herabzusetzen, den Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit, insbesondere für verschiedene Belastungen, zu verbessern. Der Hauptnachteil der bekannten Ausführungen mit Stromrückkopplung besteht darin, daß noch ein Stromrückkopplungs-Transformator zusätzlich zum Haupttransformator der Wandlerschaltung benötigt wird. Dieser Rückkopplungstransformator erhöht das Gewicht und die Kosten des Wandlers.

Bei einer bekannten Ausführungsform liegt hierbei der Rückkopplungstransformator primärseitig mit der Last und der Sekundärseite des Haupttransformators in Reihe, ferner sekundärseitig mit zwei Wicklungsteilen je parallel zur Basis-Emitter-Strecke Wandlerschaltung

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Richard Preston Massey, Westfield, N. J.
(V.StA.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1960 (39 560)

zweier in Emittergrundschaltung alternierend betriebener Schalttransistoren; diese beiden WicklungsteDe sind dabei miteinander verbunden und mit ihrem Verbindungspunkt an die Emitter der beiden Transistoren sowie an den einen Pol der Gleichspannungsquelle angeschaltet; der andere Pol der Gleichspannungsquelle steht je über einen Primärwicklungsteil des Haupttransformators mit den Kollektoren der beiden Transistoren in Verbindung (s. USA.-Patentschrift 2 748 274, F i g. 1).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wandlerschaltung mit Stromrückkopplung zu schaffen, die keinen gesonderten Rückkopplungstransformator benötigt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Darin ist im Stromrückkopplungsweg für jeden Transistor ein asymmetrisches Element (z. B. eine Diode) vorgesehen, das die Basis-Emitter-Strecke des zugeordneten Transistors überbrückt und in Richtung des Emitterstromflusses gepolt ist.

709 590/133

Claims (3)

Die Wandlerschaltung arbeitet auch dann zuverlässig, wenn nur ein Transistor und ein asymmetrisches Element vorgesehen sind. Im folgenden ist die Erfindung an Hand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben, es zeigen F i g. 1 bis 3 die Schaltbilder der drei Ausführungsbeispiele in Emitter-, Basis- oder Kollektorschaltung. In F i g. 1 sind eine Gleichstromquelle 100, p-n-p-Transistoren 101 und 102, asymmetrisch leitende Elemente 109 und 110 und ein Transformator 103 gezeigt. Er besitzt Wicklungen oder Wicklungsteile IOSj 106 und III, die auf einen Kern 104 aus sättigbarem magnetischem Material mit vorzugsweise hoher Permeabilität und im wesentlichen rechteckiger Hysteresisschleife gewickelt sind. Die Anschlüsse 107 und 108 sind die Ausgangsklemmen. Die Emitterelektroden der Transistoren 101 und 102 sind mit einer Klemme der Gleichspannungsquelle 100 verbunden. Der andere Anschluß der so Gleichspannungsquelle 100 ist an die gemeinsame Klemme der Wicklungsteile 105 und 111 gelegt. Die anderen Anschlüsse der Wicklungsteile 105 und 111 sind mit den Kollektorelektroden der Transistoren 101 bzw. 102 verbunden. Die asymmetrisch leitenden Elemente 109 und 110 sind gegeneinander geschaltet und in Reihe mit der Wicklung 106 und den Ausgangsklemmen 107 und 108. Die Basis- und Emitterelektroden des Transistors 101 werden von dem asymmetrisch leitenden Element 109 überbrückt, während die Basis- und Emitterelektroden des Transistors 102 von dem asymmetrisch leitenden Element 110 überbrückt sind. Obwohl bei dieser Ausführungsform nur p-n-p-Transistoren verwendet werden, können ebensogut auch n-p-n-Transistoren eingesetzt werden. Da, wie vorher erwähnt, Schaltungen mit Stromrückkopplung von Natur aus selbst anlaufen, soll angenommen werden, daß der Transistor 101 leitend ist, während der Transistor 102 gesperrt ist. Dann fließt Strom von der Gleichstromquelle 100 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 101 zu dem mit einem Punkt bezeichneten Anschluß des Wicklungsteiles 105 und durch die Wicklung zurück zur Gleichstromquelle 100. Da der induzierte Strom ebenfalls in Richtung der Punkt-Bezeichnung fließt, ergibt sich, daß die in der Wicklung 106 induzierte Spannung so gerichtet ist, daß das asymmetrisch leitende Element 110 in Flußrichtung gepolt ist und daher einen Basis-Emitter-Rückkopplungsweg für den Transistor so 101 darstellt. Wenn eine Belastung an die Ausgangsklemmen 107 und 108 angelegt ist, fließt wie bei herkömmlichen Wandlern Strom über den Rückkopplungsweg, bis der Kern 104 des Transformators 103 gesättigt ist. Nach der Sättigung wird keine weitere Spannung in der Wicklung 106 induziert, und der Rückkopplungsstrom fällt auf Null, der Transistor 101 wird gesperrt und der Transistor 102 so vorgespannt, daß er leitet. Jetzt fließt der Strom von der Gleichstromquelle 100 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 102 zu dem nicht mit einem Punkt bezeichneten Anschluß des Wicklungsteiles 111 und durch die Wicklung zurück zur Gleichstromquelle 100. Die in der Wicklung 106 induzierte Spannung ist jetzt so gerichtet, daß das asymmetrisch leitende Element 109 in Flußrichtung gepolt ist und so einen Basis-Emitter-Rückkopplungsweg für den Transistor 102 darstellt. Über den Rück- kopplungsweg fließt wiederum so lange Strom, bis der Kern 104 gesättigt ist und der Transistor 102 »abgeschaltet« und der Transistor 101 »eingeschaltet« wird. Dieser Vorgang wiederholt sich dann, bis die Gleichstromquelle 100 abgeschaltet wird. Die asymmetrisch leitenden Elemente über des Basis-Emitter-Elektroden jedes Transistors sind also so gepolt, daß sie leiten, wenn der Basis-Emitter-Übergang des entsprechenden Transistors gesperrt ist. Die F i g. 2 und 3 zeigen ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Transistoren in Basis- bzw. Kollektorschaltung geschaltet sind. Die Bezugsziffern der Fig. 2 und 3 sind identisch mit denen der F i g. 1, mit der Ausnahme, daß die erste Ziffer entsprechend der Bezeichnung der Figur geändert wurde. Da die Schaltungen der F i g. 2 und 3 in gleicher Weise wie die der F i g. 1 arbeiten, sollen sie hier nicht näher besprochen werden. Obwohl jedes der vorzugsweisen Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1, 2 und 3 einen Transformator mit einem Kern aus sättigbarem magnetischem Material besitzt, kann die Erfindung auch mit Hilfe eines Transformators verwirklicht werden, der ein anderes nicht sättigbares Material benutzt. Es wurde jedoch gefunden, daß eine bessere Umschaltung erreicht werden kann, wenn ein Transformator des sättigbaren Typs verwendet wird. Patentansprüche:

1. Wandlerschaltung mit einem ersten Transistor (01), dessen Kollektor und dessen Basis oder Emitter mit einem ersten Teil (05) der Primärwicklung eines Transformators (03) und einer Gleichstromquelle (00) in Reihe geschaltet sind, einem zweiten Transistor (02), dessen Kollektor und dessen Basis oder Emitter mit einem zweiten Teil (11) der Primärwicklung des Transformators (03) und der Gleichstromquelle (00) in Reihe geschaltet sind, und einem Stromrückkopplungsweg, der in Reihe mit einer Sekundärwicklung (06) des Transformators und einer Last (07, 08) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromrückkopplungsweg für die Stromrückkopplung zum ersten Transistor (01) eine direkte Verbindung des Emitters und der Basis des ersten Transistors mit einem ersten asymmetrischen Element (09) vorgesehen ist, das in Richtung des Emitterstromflusses dieses Transistors gepolt ist, sowie für eine Stromrückkopplung auch zum zweiten Transistor (02) eine direkte Verbindung des Emitters und der Basis des zweiten Transistors (02) mit einem zweiten asymmetrischen Element (10) vorgesehen ist, das in Richtung des Emitterstromflusses dieses Transistors gepolt ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter direkt und die Kollektoren über die Primärwicklung zusammengeschaltet sind und daß die GleichstromqueEe (100) die Emitter mit den Primärwickhragsteilen (105, 111) verbindet.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen direkt und die Kollektoren über die Primärwicklung zusammengeschaltet sind und daß die Gleichstromquelle