DE1275197B - Spannungsumformer mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren - Google Patents

Spannungsumformer mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren

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DE1275197B DEN16909A DEN0016909A DE1275197B DE 1275197 B DE1275197 B DE 1275197B DE N16909 A DEN16909 A DE N16909A DE N0016909 A DEN0016909 A DE N0016909A DE 1275197 B DE1275197 B DE 1275197B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
H02m
H 02p
Deutsche Kl.: 21 d2 -12/03
Nummer: 1275 197
Aktenzeichen: P 12 75 197.2-32 (N 16909)
Anmeldetag: 3. Juli 1959
Auslegetag: 14. August 1968
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsumformer mit zwei in Gegentakt geschalteten, abwechselnd leitenden Transistoren und einer mit einer Mittelanzapfung versehenen, zwischen den Kollektorelektroden dieser Transistoren eingeschalteten Wicklung, bei denen die Basis- und Kollektorelektroden miteinander und über i?C-Glieder kreuzweise gekoppelt sind, sowie einem Kondensator, dessen Kapazität mit der in den Kollektorkreisen der Transistoren wirksamen Induktivität einen Schwingungskreis bildet, dessen Eigenfrequenz die Arbeitsfrequenz des Umformers bestimmt und von derselben Größenordnung ist wie die a'-Grenzfrequenz der Transistoren, wobei die Impedanz des Kondensators jedes i?C-Gliedes bei der Arbeitsfrequenz kleiner ist als der Wert des Widerstandes desselben.
Bei derartigen Spannungsumformern ist ein gewisser Energieverlust im i?C-Glied unvermeidlich. Ferner wird im Augenblick des Sperrens eines Transistors über den Kondensator des i?C-Gliedes eine Spannung gleich ungefähr zweimal der Speisegleichspannung zwischen Basis und Emitter angelegt, so daß man gezwungen ist, eine verhältnismäßig niedrige Speisespannung zu verwenden.
Es ist zwar bekannt, einen Reihenschwingungskreis mit einer Eigenfrequenz größer als die Arbeitsfrequenz des Umformers zu verwenden, wobei der gemeinsame Punkt des Kondensators und der Drosselspule dieses Reihenschwingungskreises an der Basiselektrode des Transistors angeschlossen ist.
Bei dieser bekannten Schaltung fehlt jedoch eine positive Rückkopplung über i?C-Glieder. Die Arbeitsfrequenz des Durchflußwandlers wird hierbei durch einen abgestimmten Spannungsteiler seines Rückkopplungskreises bestimmt. Der Ersatz eines üblichen i?C~Gliedes durch einen solchen abgestimmten Spannungsteiler bezweckt eine vorteilhaftere Frequenzbestimmung durch den Rückkopplungsspannungsteiler.
Weiterhin ist bekannt, einen Reihenschwingungskreis mit einer Eigenfrequenz größer als die Arbeitsfrequenz des Umformers zu verwenden, wobei jeder dieser Reihenschwingungskreise einerseits mit der Steuerelektrode einer entsprechenden Gastriode gekoppelt ist und andererseits an einen Punkt der Anodenwicklung bzw. an die Anode angeschlossen ist. Hierbei dient die Abstimmung des Primärkreises des Rückkopplungstransformators dazu, den Steuergittern der Quecksilberdampfröhre eine im wesentlichen sinusförmige, in bezug auf das Potential ihrer Anoden voreilende Rückkopplungsspannung zuzuführen.
Spannungsumformer mit zwei in Gegentakt
geschalteten Transistoren
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dr. H. Scholz, Patentanwalt,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Johannes Jacobus Wilting,
Emmasingel, Eindhoven (Niederlande)
Die Erfindung setzt sich demgegenüber zum Ziel, den Energieverlust und/oder die maximale, zwischen Basis und Kollektor angelegte Spannung durch Verwendung wirkungsvoller Rückkopplungsnetzwerke einzuschränken.
Der Spannungsumformer nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß je ein Reihenschwingungskreis mit einer Eigenfrequenz größer als die Arbeitsfrequenz des Umformers einerseits an die Basiselektrode eines der Transistoren und andererseits an einen Punkt der Wicklung angeschlossen ist. In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele dargestellt.
F i g. 1 und 2 zeigen Schaltbilder von Umformern, die zum besseren Verständnis der Erfindung dienen; F i g. 3 ist das Schaltbild einer ersten Ausführungsform des Umformers nach der Erfindung;
Fig. 4 ist das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 5 zeigt eine Variante der zweiten Ausführungsform, und
Fig. 6 zeigt Strom-Zeit-Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise jedes der Umformer nach den F i g. 3 und 4.
Nach Fig. 1 besitzt ein bekannter Spannungsumformer zwei in Gegentakt geschaltete, abwechselnd leitende Transistoren 1 und 2. Die Basis- und Kollektorelektroden dieser Transistoren sind miteinander kreuzweise gekoppelt über Widerstände 3 und 4, überbrückt durch Kondensatoren 5 bzw. 6.
Der Umformer besitzt ferner einen Transformator 7 mit einer Wicklung 8, die mit einer Mittelanzapfung versehen ist und die zwischen den Kollektorelektro-
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den der Transistoren 1 und 2 eingeschaltet ist. Die Ausführungsform sind die Reihenschwingungskreise Mittelanzapfung der Wicklung 8 liegt an der nega- 18 und 19 zwischen der Basis jedes der Transistotiven Klemme einer Gleichspannungsspeisequelle 9, ren 1 und 2 und der Kollektorelektrode desselben deren positive Klemme mit den Emitterelektroden Transistors geschaltet. Die Widerstände 3 und 4 sind beider Transistoren verbunden ist. Der Transforma- 5 unmittelbar mit der positiven Klemme der Speisetor 7 hat eine Ausgangswicklung 10, an welche eine quelle 9 verbunden. Die Kondensatoren 5 bzw. 6 Belastung 11 über eine Drosselspule 12 angeschlos- sind je zwischen der Basiselektrode eines der Transen ist. Diese Drosselspule 12 bildet den Hauptteil sistoren 1 bzw. 2 und der Kollektorelektrode des ander in den Kollektorkreisen der Transistoren 1 und 2 deren dieser Transistoren geschaltet, wirksamen Induktivität. Parallel zur Ausgangswick- io Die Wirkungsweisen der Spannungsumformer nach lung 10 liegt ein Kondensator 13, der zusammen mit den F i g. 3 bzw. 4 können am besten an Hand der der Drosselspule 12 einen Schwingungskreis bildet, Strom-Zeit-Diagramme der Fig. 6 untereinander dessen Eigenfrequenz die Arbeitsfrequenz des Um- verglichen werden. Links vom obersten Strom-Zeitformers in der Hauptsache bestimmt. Diese Arbeits- Diagramm der F i g. 6 ist der Basiskreis eines der frequenz wird aus praktischen Erwägungen verhält- 15 Transistoren des Spannungsumformers nach F i g. 1 nismäßig hoch gewählt. Sie ist mindestens von der- dargestellt. Rechts davon zeigt das Strom-Zeit-Diaselben Größenordnung wie die a'-Grenzfrequenz der gramm den Basisstromverlauf dieses Transistors wäh-Transistoren 1 und 2. Demzufolge wirkt sich die Er- rend der Leitungshalbperiode. Man sieht, daß der scheinung der Aufspeicherung freier Ladungsträger Basisstrom nach einem anfänglichen steilen und spitin der Basiszone jedes der Transistoren 1 und 2 darin 20 zen Impuls verhältnismäßig langsam abnimmt und aus, daß der Kollektorstrom jedes dieser Transisto- nicht ganz verschwindet. Ein Basisstrom bleibt bis ren normalerweise verhältnismäßig langsam und ver- am Ende der Leitungshalbperiode durch den Widerzögert abnimmt. stand 3 oder 4 fließend und verursacht darin nicht un-
Nach dem Sperren des einen Transistors schwingt erhebliche Verluste.
sich der Strom im Belastungskreis aus und kehrt 25 Links vom zweiten Strom-Zeit-Diagramm der seine Richtung um. In bezug auf die Transistorver- F i g. 6 ist das Prinzipschaltbild des Basiskreises des luste ist es erwünscht, den anderen Transistor nur Spannungsumformers nach Fig. 2 gezeichnet. Danach dieser Stromumkehr leitend werden zu lassen. durch, daß der Basiswiderstand nun mit dem Emitter Die F i g. 2 zeigt das Schaltbild eines anderen be- verbunden ist, sinkt der Basisstrom bis auf Null herkannten Spannungsumformers. Diese Ausführungs- 30 unter, jedoch anfänglich steil und dann verhältnisform unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 mäßig langsam. Der Gleichstrom durch den Basisdadurch, daß die Basiselektrode jedes der Transisto- widerstand 3 oder 4 (einschließlich des Stroms durch ren über zwei verschiedene Stromkreise mit der KoI- den Widerstand 16 oder 17 der F i g. 2) verursacht lektorelektrode des anderen Transistors gekoppelt ist etwas geringere Verluste.
und über einen getrennten Widerstand eine Vor- 35 Links vom dritten Strom-Zeit-Diagramm der wärtsspannung erhält, während sie über den Wider- F i g. 6 ist ein Basiskreis dargestellt, welcher denstand eingeschaltet in einem der Rückkopplungs- jenigen der Transistoren 1 oder 2 des Ausführungskreise mit der positiven Klemme der Speisequelle beispiels nach F i g. 3 entspricht. Wie aus dem dritten verbunden ist. Die an die Basiselektrode jedes der Strom-Zeit-Diagramm ersichtlich ist, wird der Basis-Transistoren angelegte Vorwärtsspannung kann so- 4° strom durch die Anwesenheit des Reihenschwingungsmit beliebig eingestellt werden und gewährt ein siehe- kreises verzögert verstärkt, wonach dieser Basisstrom res Starten des Umformers. dann sehr schnell abnimmt. Die Summe der Kapa-
F i g. 3 zeigt das Schaltbild eines Spannungsumfor- zität des Kondensators des Reihenschwingungskreises mers, bei dem die Erfindung verwirklicht worden ist. 18 oder 19 und der Kapazität des Rückkopplungs-Diese Ausführungsform unterscheidet sich vom Um- 45 kondensators 5 oder 6 ist kleiner als die Kapazität former nach F i g. 2 dadurch, daß jeder der Konden- des Rückkopplungskondensators 5 oder 6 im Spansatoren 5 und 6 durch einen Reihenschwingungskreis nungsumformer nach F i g. 1 oder nach F i g. 2, doch mit einer Eigenfrequenz größer als die Arbeitsfre- ist die halbe Periode τ, während der der Transistor 1 quenz des Umformers überbrückt ist. Dadurch wird oder 2 leitend ist, etwas langer, die Wirksamkeit des Rückkopplungskreises über den 50 Schließlich zeigt das unterste Schaltbild der Fig. 6 Kondensatoren stark erhöht, was den scharfen und einen Basiskreis, der denjenigen der Transistoren der möglichst spitzen Sperrimpuls betrifft, so daß die Ausführungsform nach Fig. 4 entspricht. Das Auswechselbarkeit der Transistoren viel besser ist unterste Strom-Zeit-Diagramm der F i g. 6 zeigt, daß und der durch den Reihenschwingungskreis über- der Basisstrom jedes der Transistoren nun die Form brückte Kondensator statt zwischen der Basis eines 55 eines Impulses mit steiler Vorderflanke und steiler der Transitsoren und dem Kollektor des anderen Rückflanke annimmt und daß der Basisstrom sehr Transistors mit besserem Erfolg zwischen der er- rasch gegen einen Umschaltwert α und gegen den wähnten Basis und einer Anzapfung der Wicklung 8 Wert Null strebt. Auch ist die Leitungshalbperiode eingeschaltet werden kann. Dadurch wird natürlich verhältnismäßig kurz: durch Einschaltung des die höchste Basis-Emitter-Spannung entsprechend 60 Reihenschwingungskreises zwischen Basis und Kolherabgesetzt, so daß die Spannung der Speisequelle 9 lektor desselben Transistors wird der Basisstromhöher gewählt werden darf. verlauf in bezug auf denjenigen nach dem zweiten Wie gezeigt, ist der Kondensator5 bzw. 6 durch Strom-Zeit-Diagramm der Fig. 6 verzögert geeinen Reihenschwingungskreis 18 bzw. 19 überbrückt schwächt, statt verzögert verstärkt wie im Fall des und liegt einerseits an einer Anzapfung 20 bzw. 21 65 dritten Strom-Zeit-Diagramms. Durch Vergleich der der Wicklung 8. dritten und vierten Strom-Zeit-Diagramme der F i g. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des F i g. 6 mit den zwei ersten Strom-Zeit-Diagrammen Spannungsumformers nach der Erfindung. Bei dieser dieser Figur sieht man deutlich den günstigen Einfluß
des Reihenschwingungskreises im Basiskreis jedes der Transistoren; in beiden Fällen wird der Umschaltwert α sowohl als auch der Wert Null bei rascher Abnahme des Basisstroms sehr plötzlich erreicht, was für das Umschalten der Transistoren günstig ist und die durch die verzögerte und/oder langsame Abnahme des Kollektorstroms verursachten Verluste beträchtlich herabsetzt.
F i g. 5 zeigt noch eine Variante des Ausführungsbeispiels nach F i g. 4. In dieser Variante sind die zwei Reihenschwingungskreise 18 und 19 der Fig. 4 durch einen einzigen zwischen den Basiselektroden beider Transistoren eingeschalteten Reihenschwingungskreis 22 ersetzt. In dieser Variante sowie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist die Induktivität des Reihenschwiiigungskreises 22 bzw. jedes der Reihenschwingungskreise 18 und 19 etwa zweimal so groß wie diejenige jedes der Reihenschwingungskreise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3. Die Wirkungsweise und die Eigenschaften der Variante nach F i g. 5 sind ungefähr dieselben wie diejenigen des Ausführungsbeispiels nach F i g. 4. Jedoch ist wegen des gemeinsamen Reihenschwingungskreises 22 die Einstellung etwas kritischer und die Auswechselbarkeit der Transistoren 1 und 2 etwas schlechter. Verfügt man jedoch über Transistorenpaare oder über Transistoren mit verhältnismäßig engen Toleranzen, so kann man dadurch zwei Elemente sparen.
Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 sowohl als auch die Variante nach F i g. 5 können mit verhältnismäßig hohen Werten der Spannung der Speisequelle 9 betrieben werden, ohne daß ein Durchschlag zwischen Basis und Emitter und/oder zwischen Basis und Kollektor eines der Transistoren 1 und 2 zu befürchten ist.
Die Kombination des Kondensators 5 oder 6 und des entsprechenden Reihenschwingungskreises 18 oder 19 bzw. die Kombination beider Kondensatoren 5 und 6 und des Reihenschwingungskreises 22 bilden tatsächlich einen Spannungsteiler, und die Verwendung zusätzlicher Anzapfungen der Wicklung 8, wie die Anzapfungen 20 und 21 der F i g. 3, erübrigt sich in den meisten Fällen. Dadurch, daß jeder Transistor mit Sicherheit durch die scharfen Basisimpulse nach der Umkehr des Belastungsstroms eingeschaltet und vor der Umkehr dieses Stroms wieder gesperrt wird, ist die Auswechselbarkeit der Transistoren verbessert, und es wird möglich, den Umformer mit sehr gutem Nutzeffekt bei höherer Frequenz arbeiten zu lassen.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Spannungsumformer mit zwei in Gegentakt geschalteten, abwechselnd leitenden Transistoren und einer mit einer Mittelanzapfung versehenen, zwischen den Kollektorelektroden dieser Transistoren eingeschalteten Wicklung, bei denen die Basis- und Kollektorelektroden miteinander und über i?C-Glieder kreuzweise gekoppelt sind, sowie einem Kondensator, dessen Kapazität mit der in den Kollektorkreisen der Transistoren wirksamen Induktivität einen Schwingungskreis bildet, dessen Eigenfrequenz die Arbeitsfrequenz des Umformers bestimmt und von derselben Größenordnung ist wie die a'-Grenzfrequenz der Transistoren, wobei die Impedanz des Kondensators jedes i?C-Gliedes bei der Arbeitsfrequenz kleiner ist als der Wert des Widerstandes desselben, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Reihenschwingungskreis (18 bzw. 19) mit einer Eigenfrequenz größer als die Arbeitsfrequenz des Umformers einerseits an die Basiselektrode eines der Transistoren (1 bzw. 2) und andererseits an einen Punkt der Wicklung (8) angeschlossen ist.
2. Umformer nach Anspruch 1, wobei der Widerstand des i?C-Gliedes jedes der Transistoren über eine zusätzliche Rückkopplungswicklung mit dessen Emitter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß je einer der Reihenschwingungskreise (18; 19) parallel zum Kondensator (5 bzw. 6) je eines der ÄC-Glieder (3, S; 4, 6) geschaltet ist.
3. Umformer nach Anspruch 1, wobei der Widerstand des /?C-Gliedes jedes der Transistoren gegebenenfalls über eine zusätzliche Rückkopplungswicklung mit dessen Emitter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschwingungskreis (18 bzw. 19) zwischen der Basis jedes Transistors (1 bzw. 2) und einem Punkt des Kollektorkreises desselben Transistors (1 bzw. 2) geschaltet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 856 005, 933 277,
505;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1018 939;
schweizerische Patentschrift Nr. 288 863;
USA.-Patentschrift Nr. 1814 850;
Zeitschrift »E-T-A«, Januar 1958, S. 5 bis 7;
Zeitschrift »FTZ«, 1954, H. 11, S. 581 bis 588;
Zeitschrift »A.E.Ü.7« (1953), S. 315 bis 317;
»Valvo-Berichte«, Bd. III (1957), H. 3, S. 123
bis 139;
Zeitschrift »Proc. of the IRE«, November 1952, S. 1531 bis 1541, und Februar 1954, S. 391;
Zeitschrift »AIEE-Transactions«, Juli 1955, S. 356 bis 361.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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