DE1438332C - Gleichspannungsumformer mit einem Transistorpaar - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungsumformer, bestehend aus einem Oszillator mit mindestens einem Paar wechselweise leitender Transistoren, aus einem Ausgangstransformator mit einer mittelangezapften Primärwicklung, von der jede Hälfte über die Emitter-Kollektorstrecke eines der emitterseitig miteinander verbundenen Transistoren an der Gleichspannungs-Speisequelle liegt, und mit einer Ausgangswicklung, ferner bestehend aus einer Gleichrichteranordnung zur Erzeugung einer erhöhten Gleichspannung an einem Ausgangsklemmenpaar durch Gleichrichtung der über der Ausgangswicklung erzeugten Oszillatorschwingungen und aus Rückkopplungsstromwegen derart, daß der die Ausgangswicklung des Ausgangstransformators durchfließende Strom die Basiskreise beider Transistoren des Transistorenpaares wechselweise in Form von Rückkopplungsimpulsen durchfließt, wobei der mittlere Basisstrom des Transistorpaares gleichförmig mit dem Belastungsstrom zunimmt. Ein solcher Gleichspannungsumformer ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 748 274).

Derartige Gleichspannungsumformer haben den Vorteil einer besonders flachen Belastungskennlinie, d. h., die Ausgangsspannung ist weitgehend unabhängig von der Belastung. Der bekannte Gleichspannungsumformer benötigt zur Stromrückkopplung einen Steuertransformator (USA.-Patentschrift 2748 274).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gegentakt-Gleichspannungsumformer der eingangs genannten Art zu schaffen, der ohne Steuertransformator auskommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine Ausgangsklemme des Umformers mit einer der Klemmen der Gleichspannungs-Speisequelle und die Basen der Transistoren mit der aus der Ausgangswicklung des Transformators und der Gleichrichteranordnung gebildeten Schaltungsanordnung derart verbunden sind, daß über diese Verbindungen die Basis-Emitterstrecken in Durchlaßrichtung von Rückkopplungsstromimpulsen durchflossen sind.

Bei Eintakt-GIeichspannungsumformern mit einem Transistor ist bereits eine Stromrückkopplung ohne Steuertransformator durch Zurückführen des Ausgangsstromes über die Emitter-Basisstrecke des Transistors bekannt. Jedoch läßt sich diese Art der Stromrückkopplung nicht ohne weiteres auf einen Gegentakt-Umformer übertragen (französische Patentschrift 1160 804 und deutsche Auslegeschrift 1 036 330).

Der Gegentaktumformer weist gegenüber dem Eintaktumformer den Vorteil einer geringeren Welligkeit der Ausgangsgleichspannung bei gegebener Arbeitsfrequenz und eine höhere Ausgangsleistung bei gegebenem Transistortyp auf. Gegentaktumformer haben bei gutem Wirkungsgrad eine günstige Belastungskennlinie und laufen besonders leicht von selbst an, sogar wenn sie, z. B. durch eine große Glättungskapazität, belastet sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Gleichspannungsumformers nach der Erfindung,

F i g. 2 das Schaltbild einer Variante des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 und

Fig. 3 das Schaltbild eines besonders einfachen Ausführungsbeispiels des Gleichspannungsumformers nach der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält einen Oszillator mit zwei wechselweise leitenden Transistoren 1 und 2, einen Ausgangstransformator 3 mit einer Primärwicklung 4 und einer Sekundär- oder Ausgangswicklung 5 und eine Gleichrichteranordnung in Graetz- oder Brückenschaltung. Die Primärwicklung 4 ist mit einer Mittelanzapfung versehen und jede ihrer Hälften liegt im Emitter-Kollektorkreis eines der Transistoren 1

ίο und 2. Die Gleichrichteranodnung enthält zwei Gleichrichterelemente 7 und 12 und außerdem zwei entsprechende Gleichrichterelemente 7' und 12'. Die aus den Gleichrichterelementen 7, 7', 12 und 12' bestehende Brücke wird von der Ausgangswicklung 5 des Transformators 3, deren Enden mit den gemeinsamen Punkten der Gleichrichterelemente 7 und 12 bzw. 7' und 12' verbunden sind, mit Wechselspannung gespeist. Die Ausgangsgleichspannung wird über der anderen Diagonale der Gleichrichterbrückenschaltung erzeugt. Eine von zwei Ausgangsklemmen 6 ist mit dem gemeinsamen Punkt der Gleichrichterelemente 7 und T und die andere Klemme 6 ist mit dem Minuspol einer Gleichspannungs-Speisequelle 10 und über diese Quelle mit dem gemeinsamen Punkt der Emitter der Transistoren 1 und 2 verbunden. Zwei Zweige der Gleichrichterbrückenschaltung bestehen somit je aus einem Gleichrichterelement 12 bzw. 12' in Reihe mit der Basis-Emitterstrecke des entsprechenden Transistors 1 bzw. 2. Die Basis-Emitterstrecke jedes der Transistoren 1 und 2 ist durch das Gleichrichterelement 12 bzw. 12' und durch einen diese Strecke überbrückenden Widerstand 13 bzw. 13' vor Rückwärtsüberspannungen geschützt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist völlig symmetrisch, weil jedes der Gleichrichterelemente nur die Spannung über der Ausgangswicklung 5 zu den Ausgangsklemmen 6 und einem zu ihnen parallel geschalteten Kondensator 9 hindurchläßt.

An sich können bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 die Gleichrichterelemente 12 und 12' beim Fortfall der Widerstände 13 und 13' entfallen, sofern der Höchstwert der Ausgangsspannung oder die Spannung über der Ausgangswicklung 5 unter der höchstzulässigen Rückwärts-Basis-Emitter-Spannung der verwendeten Transistoren bleibt.

Eine weitere Ausführungsform des Gleichspannungsumformers zeigt die Schaltungsanordnung nach Fig. 2. Die Eingangsspannung war hier in einer praktischen Verwirklichung 24 V, während der Widerstand der Ausgangswicklung 5 einen Wert von 6 Ohm hatte. Die Ausgangsgleichspannung war 457 V bei einem Ausgangsgleichstrom von 140 mA und 440 V bei einem Ausgangsgleichstrom von 285 mA, was einem Innenwiderstand von etwa 112 Ohm entsprach. Der Wirkungsgrad war 81°/o bei 14OmA und 87% bei einem Gleichstrom von 285 mA.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 enthält eine Gleichrichteranordnung in Spannungsverdopplungsschaltung zum Erzeugen einer erhöhten Gleichspannung an dem Ausgangsklemmenpaar 6. Sie enthält das Gleichrichterelement 7 und die Basis-Emitterstrecke des Transistors 1. Die eine Elektrode des Gleichrichterelementes 7 ist über einen Kondensator 8 mit einem Ende der Ausgangswicklung 5 und die andere Elektrode des Gleichrichterelementes 7 mit der Ausgangsklemme 6 entsprechenden Vorzeichens

verbunden. Die Ausgangsklemmen 6 sind durch den Kondensator 9 überbrückt und die andere Klemme 6 ist mit der Anzapfung der Eingangswicklung 4 verbunden. Die Gleichspannungsspeisequelle 10 liegt einereits am gemeinsamen Punkt der Emitter der beiden Transistoren 1 und 2 und andererseits an der Mittelanzapfung der Eingangswicklung 4. Der gemeinsame Punkt der Gleichrichterelemente 12 und 7 ist über den Kondensator 8 mit einem Ende der Ausgangswicklung 5 verbunden.

Das zweite Ende der Ausgangswicklung 5 ist unmittelbar mit der Basis des Transistors 2 verbunden.

Der Widerstand 13' nach F i g. 1 ist durch ein in der Rückwärtsrichtung leitendes Gleichrichterelement 11' ersetzt. Infolgedessen werden die ohmschen Verluste des Umformers herabgesetzt. Diese Verluste werden vom Gleichrichterelement 11' in höherem Maße beeinflußt als vom Widerstand 13, denn der Widerstand 13' oder das Gleichrichterelement 11' liegt im Ausgangsgleichstromkreis des Umformers. Der Widerstand 13 in der Vorwärtsrichtung ist vom leitenden Emitter-Basis-Kreis des Transistors 1 überbrückt und wird in der Rückwärtsrichtung nur von einem etwaigen kleinen Sperrstrom des Gleichrichterelementes 12 durchflossen.

Ferner ist ein kleiner Kondensator 14 parallel zur Ausgangswicklung 5 geschaltet. Der Kondensator 14 kann gegebenenfalls von Nutzen sein, um einen Induktionsspannungsstoß über der Ausgangswicklung 5 aufzufangen.

Der Wickelsinn der Wicklungen 4 und 5 ist so gewählt, daß, wenn z. B. der Transistor 1 leitend ist und der Strom durch seinen Emitter-Kollektor-Kreis zunimmt, seine Basis über den Kondensator 8 von der über der Wicklung 5 erzeugten Spannung in der Vorwärtsrichtung betrieben wird. In bezug auf diese zunehmende negative Spannung ist das Gleichrichterelement 7 gesperrt, während die Basis-Emitterstrecke geöffnet ist und von dieser Spannung ein zunehmender Basisstrom im Transistor 1 hervorgerufen wird. Infolgedessen nimmt der Kollektorstrom dieses Transistors weiter zu, bis er durch Sättigung des Kernes des Transformators 3 oder durch das Erreichen des Knickes der Kollektorstrom-Spannungs-Charakteristik des Transistors 1 begrenzt wird. Sobald dies der Fall ist, nimmt die Rückkopplungsspannung über der Ausgangswicklung 5 ab. Der Vorwärtsstrom durch die Basis-Emitterstrecke des Transistors 1 nimmt auch ab und somit auch sein Kollektorstrom, so daß dieser Transistor jäh gesperrt wird. Der über die Emitter-Basisstrecke des Transistors 1 aufgeladene Kondensator 8 entlädt sich dann über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 2, so daß nun der Transistor 2 leitend wird und eine Spannung umgekehrten Vorzeichens über der Ausgangswicklung 5 erzeugt wird. Diese Spannung wird über den Kondensator 8 und das Gleichrichterelement 7 in Reihe mit der Spannung der Gleichspannungs-Speisequelle 10 an die Ausgangsklemmen angelegt und lädt den Kondensator 9 auf.

Für Transistoren, die höhere Spannungen in der Sperrichtung zulassen, ist nach Fig. 3 die Basis-Emitterstrecke des Transistors 2 von einem Widerstand 11 überbrückt, der dem Widerstand 13' in Fig. 1 entspricht, und der Verbindungspunkt vom Gleichrichter 7 und Kondensator 8 unmittelbar mit der Basis des Transistors 1 verbunden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gleichspannungsumformer, bestehend aus einem Oszillator mit mindestens einem Paar wechselweise leitender Transistoren, aus einem Ausgangstransformator mit einer mittelangezapften Primärwicklung, von der jede Hälfte über die Emitter-Kollektorstrecke eines der emitterseitig miteinander verbundenen Transistoren an der Gleichspannungs-Speisequelle liegt, und mit einer Ausgangswicklung, ferner bestehend aus einer Gleichrichteranordnung zur Erzeugung einer erhöhten Gleichspannung an einem Ausgangsklemmenpaar durch Gleichrichtung der über der Ausgangswicklung erzeugten Oszillatorschwingungen und aus Rückkopplungsstromwegen derart, daß der die Ausgangswicklung des Ausgangstransformators durchfließende Strom die Basiskreise beider Transistoren des Transistorpaares wechselweise in Form von Rückkopplungsimpulsen durchfließt, wobei der mittlere Basisstrom des Transistorpaares gleichförmig mit dem Belastungsstrom zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ausgangsklemme (6—) des Umformers mit einer der Klemmen der Gleichspannungs-Speisequelle (10) und die Basen der Transistoren (1, 2) mit der aus der Ausgangswicklung (5) des Transformators und der Gleichrichteranordnung (7, 8; 7, 8,12; 7, 7', 12,12') gebildeten Schaltungsanordnung derart verbunden sind, daß über diese Verbindungen die Basis-Emitterstrecken in Durchlaßrichtung von Rückkopplungsstromimpulsen durchflossen sind.

2. Gleichspannungsumformer nach Anspruch 1, mit einer Gleichrichteranordnung in Graetz-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitterstrecken der Transistoren in zwei benachbarten, parallel zur Ausgangswicklung (5) des Transformators geschalteten Zweigen der Graetz-Schaltung liegen (F i g. 1).

3. Gleichspannungsumformer nach Anspruch 1, mit einer Gleichrichteranordnung in Spannungsverdopplungsschaltung, bei der ein Ende der Ausgangswicklung des Transformators über einen Kondensator mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt zweier Gleichrichterelemente verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitterstrecke des einen Transistors (1) im Stromweg desjenigen Gleichrichterelementes (12; 1) liegt, das seinen Strom vom anderen Ende der Ausgangswicklung erhält, und die Basis-Emitterstrecke des anderen Transistors (2) durch eine in Sperrichtung dieser Strecke leitende Impedanz (11; 11') überbrückt und mit dem anderen Ende der Ausgangswicklung (5) verbunden ist (F i g. 2, Fig. 3).

4. Gleichspannungsumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Basis-Emitterstrecke des anderen Transistors (2) überbrückende und in Sperrichtung dieser Strecke leitende Impedanz ein Gleichrichterelement (H') ist (Fig. 2).

5. Gleichspannungsumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitterstrecke des einen im Gleichrichterstromweg liegenden Transistors (1) zugleich als Gleichrichterelement dient (F i g. 3).

6. Gleichspannungsumformer nach Anspruch 2

oder 3, bei dem in Reihe mit der Basis-Emitterstrecke des einen Transistors bzw. jedes der Transistoren ein Gleichrichterelement liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitterstrecke des oder jedes der Transistoren durch eine in ihrer Sperrichtung leitende Impedanz (13, 13'; 12) überbrückt ist (F i g. 1,Fi g. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen