Schaltungsanordnung zum Speisen eines Wechselstromverbrauchers aus
einer Gleichstromquelle schwankender Spannung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zum Speisen eines Wechselstromverbrauchers aus einer Gleichstromquelle schwankender
Spannung über einen mit einem Transformator ausgerüsteten Transistorwechselrichter
nach dem Durchflußprinzip, mit einer Einrichtung, durch die die Frequenz des Wechselrichters
bei überschreiten eines durch ein Schwellwertglied vorgegebenen Spannungswertes
der Speisegleichspannung zur Konstanthaltung der Verbraucherleistung selbsttätig
vergrößerbar ist.Circuit arrangement for feeding an alternating current consumer
a direct current source of fluctuating voltage The invention relates to a circuit arrangement
for feeding an alternating current load from a direct current source
Voltage across a transistor inverter equipped with a transformer
according to the flow principle, with a device through which the frequency of the inverter
when a voltage value specified by a threshold value element is exceeded
the DC supply voltage to keep the consumer power constant
can be enlarged.
Elektrische Verbraucher, wie Rundfunkgeräte, Rasierapparate, elektroakustische
Geräte od. dgl., ,Gerden oft über einen Transistorwechselrichter aus einer Gleichstromquelle
gespeist. Treten an der Gleichstromquelle Spannungsabsenkungen auf, so ist in den
meisten Fällen ein einwandfreier Betrieb des elektrischen Verbrauchers nicht mehr
gewährleistet. Bei Spannungserhöhung wird dem Verbraucher eine erhöhte Leistung
zugeführt, wodurch seine Lebensdauer stark verkürzt werden kann.Electrical consumers, such as radios, razors, electro-acoustic
Devices or the like, Gerden often via a transistor inverter from a direct current source
fed. If voltage drops occur at the direct current source, the
In most cases, proper operation of the electrical consumer is no longer possible
guaranteed. When the voltage increases, the consumer receives an increased output
supplied, which can greatly shorten its service life.
Es sind Transistorwechselrichter nach dem Durchflußprinzip bekannt,
bei denen zur Stabilisierung,der Ausgangsspannung bei -schwankender Eingangsspannung
der Transformator des Wechselrichters mit einer oder mehreren Wicklungen versehen
ist, die mit der sekundärseitigen Lastwicklung des Transformators eng gekoppelt
sind und über eine Gleichrichteranordnung sowie eine Zenerdiode an die Einstellwiderstände
für die Basisspannung der Transistoren angeschlosses sind. Bei derartigen spannungsgeregelten
Durchflußwandlern mit üblichem Transformator kann eine Spannungsregelung nur dadurch
erfolgen, daß die Transistoren im leitenden Zustand mit einem gewissen Spannungsabfall
betrieben werden, der durch Steuerung in der Weise veränderbar ist, daß bei Ausregelung
von Spannungseinbrüchen durch entsprechend erhöhte Aussteuerung der Transistoren
der Spannungsabfall verringert wird, wodurch sich auf der Sekundärseite die Spannung
entsprechend ausregelt.There are known transistor inverters based on the flow principle,
in those for stabilization, the output voltage with fluctuating input voltage
the transformer of the inverter is provided with one or more windings
is closely coupled to the secondary-side load winding of the transformer
and via a rectifier arrangement and a Zener diode to the setting resistors
for the base voltage of the transistors are connected. With such voltage-regulated
Forward converters with conventional transformers can only regulate the voltage in this way
take place that the transistors in the conductive state with a certain voltage drop
be operated, which can be changed by control in such a way that with compensation
voltage dips due to a correspondingly increased modulation of the transistors
the voltage drop is reduced, thereby increasing the voltage on the secondary side
corrects accordingly.
Es ist ferner ein fremdgesteuerter Transistorwechselrichter bekannt,
an dessen Ausgang ein Verbraucher über Drosseln angeschaltet ist. Bei überschreiten
eines durch ein Schwellwertglied vorgegebenen Spannungswertes der Speisegleichspannung
wird eine starke Frequenzänderung des den Transistorwechselrichter steuernden Oszillators
hervorgerufen. Dadurch ändern die Drosseln ihren Scheinwiderstand im Sinne der Einhaltung
einer konstanten Verbraucherleistung.An externally controlled transistor inverter is also known,
at the output of which a consumer is connected via chokes. When exceeding
a voltage value of the DC supply voltage predetermined by a threshold value element
becomes a strong frequency change of the oscillator controlling the transistor inverter
evoked. As a result, the chokes change their impedance in terms of compliance
constant consumer power.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei schwankender Speisespannung
eine Konstanthaltung der Leistung mit einfachen Mitteln und möglichst verlustfrei
zu erzielen. Die Lösung gemäß der Erfindung besteht bei einer Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art darin, #daß der Wechselrichter selbstgesteuert und der
Transformator als Streufeldtransformator ausgebildet ist und ein im Steuerstrompfad
der Transistoren angeordneter Spannungsteilerwiderstand über das Schwellwertglied
und eine Gleichrichteranordnung an eine zusätzliche Wicklung des Streufeldtransformators,
die mit der Primärwicklung fest gekoppelt ist, derart angeschlossen ist, daß bei
überschreiten des vorgegebenen Spannungswertes der Gleichstromquelle die Aussteuerung
der Transistoren vermindert wird. Auf diese Weise entstehen gegenüber den bekannten
spannungsgeregelten Durchflußwandlern, bei denen die Transistoren zur Ausregelung
von Spannungseinbrüchen mit einer erhöhten Aussteuerung im leitenden Zustand betrieben
werden, nahezu keine Stellverluste. Im Gegensatz zu dem Transistorwechselrichter
mit Steueroszillator kommt man ohne einen besonderen Steueroszillator aus. Die Leistung
des erfindungsgemäßen Transistorwechselrichters kann sowohl bei langsamen als auch
bei kurzzeitigen periodischen Spannungsänderungen konstant gehalten werden, ohne
daß es aufwendiger Mittel für
eine Konstanthaltung der Spannung
der speisenden Gleichstromquelle bedarf.The object of the present invention is, when the supply voltage fluctuates
keeping the performance constant with simple means and as loss-free as possible
to achieve. The solution according to the invention consists in a circuit arrangement
of the type mentioned in that # that the inverter is self-controlled and the
Transformer is designed as a stray field transformer and one in the control current path
the voltage divider resistor arranged by the transistors across the threshold value element
and a rectifier arrangement to an additional winding of the leakage field transformer,
which is firmly coupled to the primary winding is connected in such a way that at
exceed the given voltage value of the direct current source the modulation
of transistors is reduced. In this way arise over against the known
voltage-regulated forward converters, in which the transistors are used for regulation
operated by voltage dips with an increased modulation in the conductive state
almost no control losses. In contrast to the transistor inverter
with a control oscillator you can do without a special control oscillator. The performance
the transistor inverter according to the invention can be used both at slow speed and
be kept constant for brief periodic voltage changes without
that there are more consuming funds for
keeping the tension constant
the feeding direct current source.
Die Konstanthaltung der Leistung bei schwankender Eingangsspannung
durch Änderung der Frequenz wird bei Verwendung eines Streufeldtransfolmators dadurch
erreicht, daß der innere induktive Widerstand des Transformators die Durchgangsleistung
frequenzabli#ngig beeinflußt. Dabei wird durch die Verringerung der Aussteuerung
eine Vergrößerung der Frequenzänderung erzielt. Darüber hinaus wird durch die Verminderung
der Aussteuerung der Transistoren der jeweils sperrende Transistor an eine höhere
Steuerspannung gelegt. Dadurch erhält dieser Transistor eine größere Ausräumzeit
als der abzuschaltende Transistor, so daß eine gefährliche überlappung der Schaltvorgänge
vermieden und die Betriebssicherheit eines Transistorwechselrichters wesentlich
erhöht wird, In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Figur zeigt einen über einen Tratisistorwechselrichter 2 aus einer Batterie
1
aespeisten Verbraucher 3, der z. B. ein Rundfunkgerät sein kann.
Der Transistorwechselrichter 2 hat zwei in Gegentakt geschaltete Transistoren 4,
5 und einen Transformator 6 mit einer Primärwicklung 7,
einer
Sekundärwicklung 8 sowie Steuerwicklungen 9,
10. An die Batterie
1 ist eine Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen 11, 12, 14,
15 und den Kondensatoren 13, 16 angeschlossen. Durch die Bemessung
der Schaltungselemente 11, 12, 13 wird der Arbeitspunkt des Wechselrichters
festgelegt. Die Schaltungselemente 14, 15, 16 ermöglichen ein schnelles
Einschwingen des Transistorwechselrichters. Zur Kompensation des Blindstromes ist
an die Kollektoren der beiden Transistoren 4, 5 ein Kondensator 24 angeschlossen.
Die Batterie kann z. B. von dem Fahrzeuggenerator 18 gespeist werden, der
einen Regler 19 hat. Dieser Regler hält die Spannung meist nur in grober
Annäherung, z. B. in einem Bereich von 20 bis M ()/o konstant. An den Verbraucher
gelangen daher Spannungsschwankungen, die zwar durch die Batterie 1 etwas
gedämpft werden, jedoch den einwandfreien Betrieb des Verbrauchers wegen unterschiedlicher
Leistungsaufnahme beeinträchtigen. Ferner können an den Verbraucher vom Stromerzeüger
herrührende periodische Spannungsschwankungen (Schwebung) gelangen, die zu Störungen
führen können. Um dies zu vermeiden, ist bei an sich bekannter Ausbildung des Transformators
6 als Streufeldtransformator für den Transistorwechsel# richter der im Steuerstrompfad
der Transistoren 4, 5
angeordnete Spannungsteilerwiderstand
11 über ein Schwellwertglied 20 und eine Gleichrichteranordnung 21 mit einer
zusätzlichen Wicklung 22 des Streufeldtransformators 6 derart verbunden,
daß bei überschreiten eines vorgegebenen Spannungswertes der Gleichstromquelle I
die Aussteuerung der Transistoren 4, 5 vermindert wird. Die zusätzliche Wicklung
22 und die Steuerwicklungen 9, 10 sind mit der Primärwicklüng fest gekoppelt.
Steigt die Spannung der Batterie 1 über den vorgegebenen Wert, so wird der
am Widerstand 11 liegenden Spannung eine C#leichspannung Überlagert, so daß
sich das Steuerpotential am Spannungsteiler verschiebt und der im Durchlaßbereich
befindliche Transistor eine kleinere Steuerspannung erhält, während an den im Sperrbereich
befindlichen Transistor eine höhere Sperrspannung angelegt wird. Als Schwellwertglied
20 kann ein spanmings- oder stromabhängiger Widerstand oder ein Halbleiterelement
(Zenerdiode) verwendet werden.Keeping the power constant when the input voltage fluctuates by changing the frequency is achieved when a stray field transformer is used in that the internal inductive resistance of the transformer influences the throughput power in a frequency-dependent manner. By reducing the modulation, an increase in the frequency change is achieved. In addition, by reducing the modulation of the transistors, the respective blocking transistor is connected to a higher control voltage. As a result, this transistor has a greater clearing time than the transistor to be switched off, so that dangerous overlapping of the switching operations is avoided and the operational reliability of a transistor inverter is significantly increased. The drawing shows an embodiment of the invention. The figure shows a consumer 3 aespeisen via a Tratisistor inverter 2 from a battery 1 , the z. B. can be a radio. The transistor inverter 2 has two push-pull transistors 4, 5 and a transformer 6 with a primary winding 7, a secondary winding 8 and control windings 9, 10. A voltage divider circuit with the resistors 11, 12, 14, 15 and the capacitors is connected to the battery 1 13, 16 connected. The operating point of the inverter is determined by the dimensioning of the circuit elements 11, 12, 13. The circuit elements 14, 15, 16 enable the transistor inverter to settle quickly. To compensate for the reactive current, a capacitor 24 is connected to the collectors of the two transistors 4, 5. The battery can e.g. B. be fed by the vehicle generator 18 , which has a controller 19 . This regulator usually only holds the voltage in a rough approximation, e.g. B. constant in a range from 20 to M () / o. Voltage fluctuations therefore reach the consumer, although these are somewhat dampened by the battery 1 , but impair the proper operation of the consumer because of different power consumption. Furthermore, periodic voltage fluctuations (beating) coming from the power generator can reach the consumer, which can lead to malfunctions. In order to avoid this, if the transformer 6 is designed as a stray field transformer for the transistor inverter, the voltage divider resistor 11 arranged in the control current path of the transistors 4, 5 is connected in this way to an additional winding 22 of the stray field transformer 6 via a threshold value element 20 and a rectifier arrangement 21 that when a predetermined voltage value of the direct current source I is exceeded, the modulation of the transistors 4, 5 is reduced. The additional winding 22 and the control windings 9, 10 are firmly coupled to the primary winding. If the voltage of battery 1 rises above the specified value, a C # light voltage is superimposed on the voltage across resistor 11 , so that the control potential at the voltage divider is shifted and the transistor in the pass range receives a lower control voltage, while the transistor in the blocking range Transistor a higher reverse voltage is applied. A voltage-dependent or current-dependent resistor or a semiconductor element (Zener diode) can be used as the threshold value element 20.
Da man bei Transistorwechselrichtern, bei denen ein Verbraucher über
einen Streufeldtransformator gespeist wird, bei einer durch eine Speisespannungserhöhung
hervorgerufenen Frequenzänderung einen nicht proportionalen Anstieg der Ausgangsleistung
erhält, ist es zweckmäßig, die am Kondensator 13 zugeführte Gleichspannung
im Verhältnis stärker ansteigen zu lassen als die Spannung an der Batterie
1.
Dies kann durch entsprechende Bemessung der Schaltungselemente 20 bis 22
erzielt werden. Dabei kann im Ausgangskreis der Gleichrichteranordnung C
0
21 ein Widerstand 23 angeordnet werden, um eine genaue Einstellung
zu erleichtern. Die zusätzliche Wicklung 22, die Gleichrichteranordnung 21, das
Schwellwertglied 20 und der Widerstand 23 können ferner so bemessen werden,
daß bei einem Anstiog der Speisespannung die Aussteuerung der Transistoren vor Erreichen
des maximal zulässigen Sperrspannungswertes der Transistoren - den
für die Schwingungserhaltung des Eechselrichters erforder-m lichen Wert unterschreitet.
Auf diese Weise kann man erreichen, daß der Wechselrichter bei einer gefährlichen
Erhöhung der Speisespannung mit seiner Schwingung vollständig aussetzt. Dadurch
ist- der Transistorwechselrichter und - der daran angeschlossene Verbrauch-er
vor Überspannungen -geschützt.Since a non-proportional increase in output power is obtained in transistor inverters, in which a consumer is fed via a leakage field transformer, in the event of a frequency change caused by an increase in the supply voltage, it is advisable to let the DC voltage supplied to the capacitor 13 increase proportionally more strongly than the voltage the battery 1. This can be achieved by appropriately dimensioning the circuit elements 20 to 22. In this case, a resistor 23 can be arranged in the output circuit of the rectifier arrangement C 0 21 in order to facilitate a precise setting. The additional winding 22, the rectifier arrangement 21, the threshold value element 20 and the resistor 23 can also be dimensioned in such a way that, when the supply voltage rises, the transistors are controlled before the maximum permissible reverse voltage value of the transistors is reached - the amount required to maintain the oscillation of the inverter falls below the actual value. In this way it can be achieved that the inverter completely ceases to oscillate in the event of a dangerous increase in the supply voltage. The transistor inverter and actual - of any connected consumption-he -protected against surges.
Die Gleichrichteranordnung 21, das Schwellwertglied 20 und der Widerstand
23 können zu einer Einheit zusammengefaßt und in Gießharz eingebettet sein.The rectifier arrangement 21, the threshold value element 20 and the resistor 23 can be combined to form a unit and embedded in cast resin.