DE1463876A1 - Starkstrom-Zerhackerschaltung mit Festkoerper-Bauelementen - Google Patents

Starkstrom-Zerhackerschaltung mit Festkoerper-Bauelementen

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DE1463876A1
DE1463876A1 DE19641463876 DE1463876A DE1463876A1 DE 1463876 A1 DE1463876 A1 DE 1463876A1 DE 19641463876 DE19641463876 DE 19641463876 DE 1463876 A DE1463876 A DE 1463876A DE 1463876 A1 DE1463876 A1 DE 1463876A1
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capacitor
triac
voltage
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Beford Burnice Doyle
Morgan Raymond Evan
William Mcmurray
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Description

4153
General Electric Company, Scheneetady, N.Y., USA
Starkstrom-Zerhackerschaltung mit Festkörper-Bauelementen
Die Erfindung betrifft eine Starkstrom-Zerhackerschaltung mit Festkörper-Stromtoren.
Sie bezieht sich besondere auf Stromversorgungsschaltungen» die Halbleiterbauelemente mit und ohne Steuerelektrode enthalten, mit denen Gleichstrom geschaltet werden kann, und ist besonders zur Steuerung des lastVerhältnisses beim Zerhacken von Gleichstrom geeignet. Die Steuerung des Tastverhältnisses beim Zerhacken von Gleichstrom in Stromversorgungsschaltungen geschieht durch die Unterbrechung oder das Zerhacken einer elektrischen Gleichspannung, wobei die Einsehaltdauer durch einen Ein-Aus-Leistungsschalter, der zwischen Stromquelle und Last geschaltet ist, gesteuert wird.
Eine Ausführung einer Schaltvorrichtung, die in der Stromversorgungsschaltung der Erfindung verwendet wird, ist an eich als gesteuerter Siliziumgleichrichter bekannt. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter ist ein Vierschichthalbleiter mit pnpn-Dotierung. Er besitzt eine Steuerelektrode, mit welcher der Querstrom des Halbleiters mit verhältnismäßig geringem Leiatungsaufwand eingeschaltet werden kann. Bei einem handeleüblichen steuerbaren Siliziumgleichrichter läßt sich jedoch der Querstrom durch den Gleichrichter mit Hilfe der Steuerelektrode nicht wieder unterbrechen, wenn er einmal fließt» Der Strom fließt solange, bis er entweder von außen unterbrochen wird oder sich die Anod,en-Kathoden-Spannung umpolt. Im letzteren Falle handelt es eich im allgemeinen um Kommutierungsschaltungen.
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liebon den steuerbaren Siliziumgleichrichtern werdon in der Erfindung auch Feotkörper-Halbleiter verwendet, die zwar auch mit Hilfe einer Steuerelektrode ein- und nicht wieder ausgeschaltet werden können, die aber wie Zweiweggleichrichter wirken. In einem Zweiweggleichrichter kann dor Strom in beiden Richtungen fließen. Der erste dieser Halbleiter, der (wie iia angelsächsischen) "Triac" genannt sei, läßt sich über eine Steuerelektrode durchschalten, aber, ähnlich wie der steuerbare Siliziumgleichriehter, nicht wieder über die Steuerelektrode "löschen". Dies muß vielmehr durch eine äußere Kommutierungsschaltung erfolgen. Währe-M die bevorzugte Ausführungsform eines steuerbaren Triacs aus fünf schichten mit npnpn-Dotierung besteht, sind auch Vierschicht-Triacs mit npnp- und pnpn-Dotierung gebräuchlich, ebenso wie andere Abwandlungen, aber die obenerwähnte Triac-Charakteristik ist allen gemeinsam.
Ein anderer geeigneter Halbleiter mit Zweiweg-Gleichrichtercharakteri3tik, weiterhin "Leistungsdiac" genannt, hat zwei Elektrodenanschlüsse und fünf Schichten mit npnpn-Dotierung. Im Gegensatz zu einem steuerbaren Siliziumgleichrichter und einem Triac 1st ein Diac jedoch nicht steuerbar, da keine oteuerelektrode vorhanden ist, sondern er muß vielmehr durch einen Spannungsimpuls mit verhältnismäßig steiler Vorderflanke, der auf die beiden Elektroden gegeben wird, durchgesteuert werden, Der steil ansteigende Spannungsimpuls kann einer leistungsschwachen, hochohmigen Spannungsquelle entnommen werden. Dieses Verfahren zur Durchsteuerung des Halbleiters hat den wichtigen Vorteil, daß höhere Schaltfrequenzen möglich sind. Die steuerbaren Siliziumgleichrichter und die Triac-Bauelemente können aber auch, je nach Wunsch, durch einen steil ansteigenden Spannungsimpuls durchgesteuert werden. Ein Diac ist einem steuerbaren Siliziumgleichriehter und einem Triac darin ähnlich, daß er ebenfalls durch äußere Kommutierungs-
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schaltungen gelöscht werden muß. Die Erfindung schafft neue und verbesserte Stromversrogungsschaltungen, in denen Halbleiter oben beschriebener Art verwendet werden.
Ziel dieser Erfindung ist, neue und verbesserte Stromversorgungsschaltungen zu schaffen, in denen Halbleiterbauelemente verwendet werden, die mit Hilfe einer Steuerelektrode durchgeschaltet, aber nicht wieder gelöscht werden können, und die es ermöglichen, daß die Energie entweder von einer Qeulle zu einem Verbraucher bzw. einer Last oder umgekehrt übertia gen werden kann.
Die Erfindung geht dazu aus. von einer an sich bekannten tastverhältnisgesteuerten Gleichstrom-Zerhackerschaltung aus zwei in Reihe an einer Gleichspannung liegenden Antiparallel-Kreisen, die jeweils aus einem Thyristor und einer Diode für beide Energierichtungen bestehen, wobei einer der Kreise durch den Verbraucher in Reihe mit einer Sättigungsinduktivität und einer oder beide Kreise von einer Kommutierungsschaltung überbrückt wird oder werden, während der Steuerkreis beider Thyristoren eine Zündaijaltung enthält.
Gemäß der Erfindung wird jeder Antiparallelkreis durch ein einziges Pestkörperbauelement der oben angegebenen Art ersetzt. Die Vorteile, die sich dadurch ergeben, sind darin zu sehen, daß ein Triac oder Diac eine integrierte Schaltung darstellt, die zwei Bauelemente in einem vereinigt* Diese integrierte Schaltung ist nun jedoch nicht äquivalent mit der Antiparallelschaltung aus einem Thyristor und einer Diode, da mit Hilfe eines Triacs die Zündung für beide Stromrichtungen mit einem positiven oder negativen Steuerstromimpuls erfolgen kann. Ein Triac vereinigt praktisch die Eigenschaften von zwei antiparallel liegenden Thyristoren, die beide nur von einer einzigen Steuerelektrode gezündet werden können oder gezündet zu werden brauchen. Dadurch ergibt sich einerseits der Vorteil,
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daß nur eine einzige Zündschaltung und einzige Kommutierungsschaltung für die beiden integrierten Thyristoren vorhanden zu sein braucht, dagegen wird das Problöm der Kommutierung und Zündung schwieriger. Denn im allgemeinen soll bei einer tastverhältnisgesteuerten Zerhackerschaltung der leitende Zustand , nicht sofort von einem Thyristor auf den anderen übertragen ,.,?., (kommutiert ) werden, etwa wenn ein "lückender Betrieb" vorliegt. Wenn sich die 'Spannung an dem Triac umpolt, würde dagegen sofort immer die andere Richtung freigegeben. Deshalb wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, den Steuerelektrodenkreis jedes Pestkörperbauelementes während des Löschbetriebs der Kommutierungeschaltung durch ein Signal der Kommutierungssehaltung zusätzlich kurzzuschließen.
Andere Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden werden die Erfindung und ihre Weiterbildungen anhand der Zeichnungen von Ausführungsbispielen näher beschrieben.
In den Zeichnungen ist:
Pig. 1 das Schaltbild einer an sich bekannten steuerbaren Stromversorgungsschaltung, die den Strommittelwert durch Änderung der Einschaltdauer steuert,
Pig. 2 dasSchaltbild einer erfindungsgemäß abgeänderten Schaltung nach Pig. 1, das die Anwendung von Triacs als Laststrom führende Bauelemente und eine Kommutierungsschaltung zeigt,
Pig. 3 eine weitere Abwandlung der Erfindung, bei der Triacs , als steuerbare Halbleiter verwendet werden und in der noch eine weitere Kommutierungsschaltung gezeigt ist und
Pig. 4 das Schaltbild einer weiteren Aasführung der Erfindung, in der Leistungsdiacs zur Steuerung des Stroms verwen- ;' ■
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det werden und no oh eine andere Kommutierungs- \ schaltung gezeigt iat.
Die Schaltung nach figur 1 enthält einen steuerbaren SiIiziumgleiohrichter 11, der fiber eine Steuerelektrode durchgeechaltet aber nicht gesperrt werden kann, und eine Last 12, die in Reihe geschaltet sind und über Anochlüese 13 und 14 an einer Gleichspannungsquelle liegen. Zwischen den steuerbaren Siliziumgleichrichter 11 und die Last 12 ist eine Drosselspule 15 geschaltet. Ein weiterer'steuerbarer Siliziumgleichrichter 16 und eine Begrenzungsdiode 17 sind der Drosselspule 15 und der Last 12 parallel geschaltet« Zum Sperren des steuerbaren Slllzlumgleichriohters 11, weiterhin SSG 11 genannt, sind Kommutierungsschaltelemente vorgesehen, wie eine Induktionsspule 18, die SSG 11 und SSG 16 miteinander verbindet, und zwei Reihensohwingkreise aus Kondensator und Spule. Der erste. Kreis, bestehend aus der Spule 19 und dem in Reihe geschalteten Kondensator 20, liegt zwischen der Mittelanzapfung der Spule 18 und den Stromversorgungsanschluß 13. Der zweite, bestehend aus der Spule 21 und dem in Reihe geschalteten Kondensator 22 (beide sind durch punktierte Linien angedeutet),liegt zwischen der Mittelanzapfung und der Anschlußklemme 14 für den negativen Pol der Spannungsquelle. Beide Reihensohwingkreise sind auf eine wesentlich höhere Reihenresonanzfrequenz abgestimmt, ale die frequenz, mit der die Stromversorgungsschaltung betrieben wird. Die Reihenschaltung aus 8pule 21 und. Kommutierungskondensator 22 ist deshalb strichpunktiert gezeichnet, weil dieser Kreis nicht erfordernoh 1st, wenn die Spannungequelle eine konstante Gleichspannung liefert. In den meisten fällen ist diese Spannungsquelle nicht stark belastbar, und deshalb 1st die Spule 21 und der Kondensator 22, wie angedeutet, vorgesehen· Eine Steuersignalschaltung (nicht gezeigt) gibt Steuersignale mit entsprechender phasenlage zueinander an die 8t euer elektroden von S8G 11 und 16 ab. Eine zweite Diode 22 kann» wie es gestriohelt dargestellt
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ist, parallel zu SSG 11 geschaltet werden, da die Diode nur dann gebraucht wird, wenn die elektrische Energie in di Stromquelle zurückgeschickt werden soll·
SSG 11 und die Diode 23 werden später als last strom führende Stromtore bezeichnet· Ähnlich werden SSG 16 und die parallel geschaltete Diode 17 zusammen später als Begrenzungs- und Stromrückführungsstromtore bezeichnet.
Zur Beschreibung der Wirkungsweise sei zunächst angenommen, daß SSG 11 und SSG 16 anfangs nichtleitend oder gesperrt sind· Dnnn lädt sich der Kondensator 20 auf die Batteriespannung auf und der Kondensator 22 bleibt entladen. Dieser Zustand bleibt erhalten, bis der Steuerelektrode von SSG ein Eins ehalt signal zugeleitet wird« Venn SSG 11 durchgesteuert ist, fließt ein Strom i , und nahezu .die volle Batteriespannung £„ liegt an dem oberen Teil der Spule 18 bis zu dem Abgriff. Zur Erklärung sei angenommen, daß die Spule 13 in der Mitte angezapft ist, obwohl der Abgriff im allgemeinen nicht in der Mitte zu sein braucht. Dieser plötzliche Spannungsanstieg am Mittelabgriff veranlaßt den Kondensator 22, sich aufzuladen und den Kondensator 20, eich zu entladen. Im stationären Zustand fließt ein Strom I^ durch die Reihenschaltung aus SSG 11, der oberen Hälfte der Spule 18, der Drosselspule 15 und der Last 12. In diesem stationären Zustand erscheint die volle Yersorgungsspannung an dem Mittelabgriff der Spule 13, dem punktierten Ende des Kondensators 20 und dem punktierten Ende des Kondensators Der den Laststrom führende SSG 11 bleibt solange leitend wie es der Höhe der Stromes entspricht, der der Last 12 zugeleitet werden soll. Dann wird er gesperrt oder der Strom kommutiert entsprechend der Steuerung eines Strommittelwertes durch Änderung des Tastverhältnioses.
Bei der Steuerung des Tastverhältnisses zur Steuerung 'der Auagangsgröße einer Stromversorgnngeechaltung (Gleichspannungszerhacker) wird SSG 11 abwechselnd durchgesteuert und
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detß steh der gewünschte Gleichepannungsmittelwertr deriAuegaiigsgrößö einstellt. Die Drosselspule 15 glättet diesen pulsierenden Strom. JBs können a%er ;S -■ auch weitere filter, wie ein parallel geschalteter Kondensator oder eine in Reihe geschaltete Induktivität, verwendet werden; Außerdemkönnen zur Erzielung verschiedener Gleichspannungöaittölwerte der Ausgangsgröße entweder die Dauer oder die Frequenz des leitenden Zustande von SSG 11 verändert werden. Oder aber es wird sowohl die Dauer als auch die frequenz dee leitenden Zustande je nach Wunsch variiert* ν .< '-'■■·»·: ^V--- ^-l-< ·:· :·-<:■.■ .-- ;-"v- ■· '.>". ■ ;.··.. . ' ■.■..:;■ ν·.
SSG■11 wird folgenderdaßen gesperrt. Kurz bevor SSG 11 gesperrt" werden soll, wird SSG 16.durch ein Signal auf die, Steuerelektrode' durchgesteuert. Das der Steuerelektrode von SSG 11 zugeleitete Signal wird,entweder vor oder gleichzeitig mit dem DtfTchsteuern von*SSG 16 entfernt. Kurz nachdem , SSG T6rleitend Wird, eind «©wohl SSG 11ials auch SSG 16 .; leitend.· Da an der unteren Hälfte der Spule 18 jetzt naheeu? die volle Versorgungespannung liegt, wird das- an SSG; 11 liegende Ende der Spule 1ö infolge de« Selbßtinduktionsvorganges in tor Spule 18 auf das doppelte der Versorgungs- , spannung angehoben, so daß SSG IT Jetzt umgekehrt gepolt .; ist.Der Last strom Ij^ der vor Beginn des Kocimut ie rungs Vorganges durch 3SG 11 und die Spule 18 geflo'ssen 1st, wird . ·· jetzt unmittelbar nach Beginn des Kommutierungevorganges ,, auf die Koainutierungskondensetoren 20 und 22 umgeschaltet, nur verzögert durch die zugehörige .Kreisinduktivität und die Induktivitäten 19 und 21. Die Induktiyltäten 19 und 21 können jedoch auch weggelassen werden. In diesem falle, sind die Koiamutierunsalcondansatoren 20 und 22 so groß, daß der ffpaTftWfffifgffftfifftf 1 ^g am Kondensator 20 während des Komau— tierungevorgangee entsprechend lange dauert, um eine ange- . mesaene Kommutierungszeit zu erreichen·
80990 1/G&$<*':-,
Nachdem SSG 11 völlig gesperrt ist, lädt sich der Kondensator 20 weiter auf, und der Kondensator 22 entlädt isch. Schließlich wird auch SSG 16 gesperrt, wenn der UmIadevorgang soweit fortgeschritten ist, daß der Mittelabgriff der Spule 18 in Bezug auf den Anschluß H entsprechend der in der Drosselspule 15 (und in den Spulen 19 und 21, wenn vorhanden) gespeicherten Energie negativ wird. In diesem Augenblick geht der Erregerstrom der Spule 18 durch null, und SSG 16 wird infolge der umgekehrten Vorspannung gesperrt.
Dieselbe umgekehrte Vorspannung macht die Begrenzungsdiode 17 zwischen dem Anschluß 14 und der Spule 18 leitend. Dadurch kann sich jetzt die in der Drosselspule 15 gespeicherte Energie über die Diode 17 und den Lastkreis ausgleichen. " Die parallel zu SSG 11 gestrichelt angedeutete Diode 23 ist so gepolt, daß sie als Hückführungsdriode wirkt, wenn der Lastkreis, wie es durch die Drosselspule 15 angedeutet ist, überwiegend induktiv ist. Die Diode 23.kann also bei vorwiegend induktiver Last verwendet werden. Sie begrenzt dann das Kathoderipotential von SSG 11 auf das Potential des Anschlusses 131 wenn die Kathode infolge induktiver Last gegenüber dem Anschluß 13 positiv zu werden sucht· Über die Rückführdiode 23 wird dadurch der Strom wieder in die GIeichspannungsversorgungsbatterie zurückgeführt, weshalb sie auch als Rückführ- oder "Pump-Back"-Diode bezeichnet wird. Die in Reihe geschalteten Induktivitäten 19t 21 und die Kondensatoren 20, 22 sind gegenüber der Betriebsfrequenz auf eine wesentlich höhere Reihenresonanzfrequenz abgestimmt. Dadurch wird der normalerweise mit Betriebefrequenz pulsierende Laststrom geglättet.
In der Schaltung nach Figur 1 werden die Kondensatoren 20 und 22 auch im Leerlauf aufgeladen. Deshalb ist die Kommutierung der Bauelemente 11 und 16 unabhängig vom Lastzustand, d.h. vom Leerlauf bis zur Vollast, gewährleistet· :
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Zündsteuersclialtüngen für die Bauelemente 1" und 16 sind in dem Handbuch "Silicon Controlled Rectifier Manual" herausgegeben von der OSC (USA), Rectifier Components Department, Auburn, Hew York, USA, Copyright 1961, 9. Kapitel, unter den Titel "Inverter and Chopper Circuits" beschriebe^·
Die oben beschriebene Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 1 kann mit der eines GIeichapnrmungozerhackers oder eines Steuersystems verglichen werden, bei der das Tastverhältnis eines pulsierenden Stromes gesteuert wird. Mit der Schaltung nach Figur 1 kann aber auch eine andere Wirkung erzielt werden» Diese besteht darin, daß Leistung von der Last 12 Über die Anschlüsse 13 und 14 wieder in die Batterie zurückgeschickt werden kann. Diese Wirkungsweise und diese Leistungoübortragungsrichtung kann wünschenswert sein, wenn die Last 12 z. B* der Antriebsmotor für ein elektrisch angetriebenes fahrzeug ist, das im Leerlauf bergab fährt, und bei dem die "nutzbremsung" angewandt werden soll· Diese "Putap-Back"-Wirkung läßt sich mit Hilfe der Schaltung nach Figur 1 sogar dann erzielen, wenn die an· der Last 12 erzeugte Spannung etwas kleiner ist als die cLn den Klemmen 13 und 14 anstehende Spannung· Weiterhin kann naturlich diese Pump-Baok-Wirkung, obwohl sie hier als sekundäre Wirkung beschrieben ist, auch bei einigen Anwendungsfällen ab primäre Wirkungsweise angesehen werden. So kann die Last 12 auch als primäre Energiequelle angesehen werden, und die. Anschlüsse 13 und 14 als die Anschlüsse für die Last· Im Pump-Back-Betrieb ist SSG 11 anfänglich gesperrt und der zur Leerlauf- und Pump-Back-Sohaltung gehörige SSG 16 wird durch Signale auf die Steuerelektroden und, ähnlich wie oben beschrieben, durch die Kommutiorungsschaltung periodisch ein- und ausgeschaltet· Der Unterschied besteht lediglich darin, daß bei der bisherigen Wirkungsweise SSG 11 zur Durchschaltung dee Lastströme und SSG 16 zum Sperren von SSG 11 durchgesteuert wurden, während jetzt im Pump-Back-Betrieb SSG 16 durchgeeteuert wird, um den RuekfUhrstrom zu übernehmen, und SSG 11 wird kurzzeitig durchgesteuert,
um SSG 16 au sperren·
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Jedesmal, wenn SSG 16 durengesteuert wird, lädt der Strom von dor Laot (oder dem Generator) 12 die Drosselspule 15· Bcini Sperren von SSG 16 wird da3 Potential des Abgriffs der Spule 18 positiv in Bezug auf den Anscliluß 13. Man kann tuch sagen, daß eich der Spannungsabfall an der Drosselspule 15 zu der Spannung an der Last (an dem Generator) addiert, so daß das Potential des Abgriffs der Spule 18 positiv wird. Dadurch wird bewirkt, daß der Strom über die Diode 23 zur Klemme 13 zurückfließt. Durch die Addition des Spannungsabfalls an der Drosselspule 15 zur Spannung an der Last 12 kann die Energie sonit von der Last 12 über die Diode 23 zu den Klemmen 13 und 14 auch dann zurückgeschickt werden, wenn die Spannung an der Last (an dem Generator) 12 kleiner ist als die an den Klemmen 13 und 14 anstehende Spannung. In diesem Falle kann zur Glättung der Spannung an &6Ά Klemmen 13 und 14 ein Kondensator (nicht gezeigt) zwischen diese Klemmen geschaltot worden, der einen Teil der zurückgeschickten Energie speichert. Ohne von dem Erfindungsgedanken an sich abzuweichen sind verschiedene Abwnncöungen der Schaltung nach Figur 1 möglich. So können z. B. die den Laststrom führenden Stromtore, bestehend aus SSG 11 und der parallel genehaltοten Diode 23, durch ein einziges bileitendes Festkörperbauelement, wie z. B. einen Iriac odor einen Loiatungsdiac oben beschriebener Art, ersetzt werden. Entsprechend können die Begrensungs- und Stroiarückführ-Stromtore bestehend aus SSG 16 und der Diode 17, durch einen Triac odor einen Diac ersetzt werden, und diese Substitutionen der Bauelemente sind nicht voneinander abhängig. Kit anderen Worten, jedes Bauelement, ob SSG plus Diode, Sriac oder Leistungsdiao kann als last stromsteuerndes Bauelement zusammen mit jedem dor drei Bauelemente, wie SSG plus Diode, Triao oder Leistungsdiac in dem Leerlauf- und Stromrückführungs&chaltkreis verwendet werden. Da es somit drei verschiedene Bauelemente für die Steuerung des LastStroms und drei versqhiedene Bauelemente für die Schaltung zur Leorlauf-Stronrüokführung
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gibt, gibt so auch 9 verschiedene Kombinationamöglichkeiteri. Schließlich gibt es auch eine Vielzahl verschiedener Komrautierungseehaltungen, die In dieser Stromversorgungsschaltung verwendet werden können. Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen Beispiele anderer Scbnltungsrab'gliohkQiten. Sie enthalten oine Auswahl verschiedener Bauelemente zur Strom-
steuerung und verschiedene Kommutierungsschaltungen. Diese zusätzlichen Schaltbilder zeigen auch geeignete ZUndsteuerschal tungen zur Durchsteuerung der stroiiisteuernden Bauelemente.
figur 2 zeigt eine Abwandlung der Scheltung von Figur 1. Hier ist das laststronsteuernde Bauclement ein Triac HA, der jetzt die Parallelschaltung aus SSO 11 und der Diode 23 ersetzt« Ähnlich sind die Leerlauf- und StromrückfUhrunga· bauelemente in Figur 2, nämlich SSO 11 und die Diode 17t durch einen Triac 16A ersetzt. Ferner hat in Figur 2 die Kosmutierungeschaiiung für das laststromsteuernde Bauelement, den Triac 11A1 eine Abwandlung erfahren. Sie besteht jetzt aus der sättigungefahigen Spule 19A und dem Kondensator 2OA. Ähnlich ist dem Triac 16A zur Komtcutierung dio Reihenschaltung einer Sättigungespule 21A und eine« Kondensators 22A psarallel geschaltet. Die mit einem Hj.ttelabgrlff versehene Spule 18a wurde weggelassen. Der Kommutierungskondensator 20A ist mit der Reaktanz der gesättigten Spule 19A auf eine Resonanzfrequenz abgestimmt, die der gewünschten Komnutierungofrequenz entspricht. Das gleiche gilt für don Kondensator 22A und die Spule 21A.
Der Gteuerelektrodenkrcio doo Triacs 16A enthält einen übertrager 24, de-ocon Sekundfirwicklunß; über einen Begrensungswiderstand an der Steuerelektrode des Triacs 16A angeßchloBson 1st. Weiterhin liegt zwischen der Steuorolcktrode dos Triacs 16A und dea Verbindungopunkt 27 die Reihenschaltung einer Sperrdiode 25 und eines Begrenaungswiderstandee 26. In dea Yerbindungspunkt 27 laufen der negative Anschluß dee Triacs HA9 ein Anschluß der Drosselspule 15A und ein
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Anschluß des Triacs 16A zusammen. An dem Verbindungspunkt 32 von Kondensator 22Λ und der Sättigunß3spule 21A wird die Steuerspannung fUr den npn-Tranalstor 33 abgegriffen. An der Emitterelektrode des npn-Transiators 33 liegt der negative Pol der Spannungsquelle, während der Kolloktor des Transistors direkt mit der Steuerelektrode 16A verbunden ist. KLe Steuerelektrode des den Laetstrom steuernden Triacs 1IA liegt an einer Steueroignalquelle, bestehend aus der Reihensohaltung der Sekundärwicklung eines Übertragers 36 und einem Begrenzungswiderstand 37. Ferner liegt zwischen der Steuerelektrode des Triacs 11A und der Anschlußklemme 15 die Reihenschaltung eines Begrenzungswiderstände3 38 und einer Sperrdiode 39. Eine Laststromelektrode des Triacs 11A ist ebenfalls mit der Klemme 13 verbunden. Zwischen dem Kommutierungskondensator 2OA und der sättigungsfähigen Spule 19A wird die Steuerspannung für den npn-Transistor 41 abgegriffen und über den Begrenzungswiderstand 42 der Basis des Transistors 41 zugeleitet. Die Emitterelektrode des Translators 41 liegt direkt an der Steuerelektrode des Triacs 1IA und die Kollekorelektrode des Transistors 41 ist mit dem LastStromanschluß des Triacs 11A verbunden, der auch an dem Verbindungspunkt 27 angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 2 während der Zeitabschnitte, in denen die Schaltung die Last 12 speist, wie noch beschrieben wird, ist ^äfolich der der Schaltuns nach Figur 1. Im Ruhestand der Schaltung ist der Kommutierungskondensator 2OA nahezu auf die volle Batteriespannung aufgeladen, und zwar über die Sättigungsspule 19A, so daß die Sättigungsspule 19A an ihrem punktierten Ende in die positive Sättigung getrieben wird. Wird 3etzt der Triac 11A durch einen Steuerimpuls auf die Steuerelektrode von dem Übertrager 36 durchgesteuert, dann hebt sich das Potential des Verbindungspunktes 27 auf das positive Potential des Versorgungsspannungsanechlusses 13. Daduroh kehrt sich die Polarität der Spannung an der Sättigungsspule 19A um, so daß Ble jetzt in die negative Sättigung getrieben wird. Der
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Konrautierun<r3kondonaator 2OA. lüdt eich um und treibt 3ie wieder in die positive Sättigung. Während dieses ganzen Zeitabschnittes wird die last 12 über den Triac 11A gespöist. Sobald die Sättigungsspule 19A wieder positiv gesättigt i3t, fließt die Ladung des Komnutierungekondenaatora 2OA, der jetzt auf seiner punktierten Seite positiv in BSzug auf die poaitive Klesaae 13 i3t, direkt su dem Verbindungepunkt 27, da die Impedanz der gesättigten Spule 19A nahezu null i3t. Somit wird auch der Verbindungspunkt 27 positiver r.ls der positive Anschluß 13. Dadurch kehrt sich naturlich die Polarität der Spannung am Triac 11A um, so daß er jetzt in Laststroairichtung gesperrt ist. Gleichzeitig mit den Sparren des Triac3 1IA in Laststromrichtung wird das positive Potential des Verbindungspunktes 27 über die Sekundärwicklung dos Übertrageera 36, den Wideretand 27, die Diode 39 und den Widerstand 38 zurückgeführt, so daß der Trine 11A in der entgegengesetzten Richtung, bzw. in der RüokführßtroEirichtung durchgesteuert wird. Der Strompfad durch don Triac 11A läuft jetzt im wesentlichen parallel zu dem biaherigen, wenn die Spannung am Triac 11A so gepolt ist, daß der Punkt 27 positiv gegenüber der Klemme 13 ist und der frühere Strompfad in Sperriohtung beanepruoht wird, währond in der Schnltuns nach Pigur 1 der Rückführstrom über die Diode 23 geleitet wurde. Dadurch wird der Lastetrompfad nichtleitend» d. h. gesperrt. Der Strom fließt jetzt solange church den Triao 11A in RUckfuhrrichtung, bis der Komxautiörungskondensator 2OA soweit entladen hat, daß das Potential deo Verbindungspunktes 27 wieder negativ gegenüber der Klemne 13 ißt. In dienern Augenblick kehrt eich daß Vorzeichen des Potentiale cn Triac 1;A wieder um, so daß die Rückführvorrichtung durch den Triac 11Λ wieder von selbst geeperrt wird, und damit aas Bauelement völlig gesperrt ist· Während dieser Periode bis zur völligen Sperrung des Triacs 11A entlädt eich der Kondensator 2OA über die last 12.
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Wenn dor einiaal fließende Laststrom zu null werden will, wird in der Drosselspule 15 durch die Änderung des Laststromes eine Spannung induziert, die so gerichtet ist, daß sie den Strom zunächst aufrechterhält. Dabei wird da3 Potential des Verbindungspunktee 27 negativ in Bezug auf die Klemme 14, oo daß der !Triac 16A über den Begrenzungswiderotand 26 und die Steuerdiode 25 an der Steuerelektrode durchlesteuert wird. Dadurch wirkt der Triac jetzt als Leerlaufgleichrichter, über dessen Reihenschaltung mit der Last 12 sich die Drosselspule 15 jetzt entladen kann. Wenn die Drosselspule 25 Weit genug entladen ist, wird das Potential des Verbindungspunktes 27 wieder positiv gegenüber der Klemme 14» wobei sich die Spannung an dem Triac 16 umpolt, so daß er von selbst wieder in den Sperrzustand zurückkehrt. Damit sind die Anfangsbedingungen wieder hergestellt, und dieser Arbeitszyklus wiederholt sich bei Eintreffen eines erneuten Impulses an der Steuerelektrode des Triacs 11A. Durch fortgesetzte Wiederholung dieses Arbeitszyklus sea wird ein im wesentlichen geglätteter Gleichstrom durch die Last 12 geschickt, dessen Absolutwert einmal von der Höhe der Versorgungsspannung an den Klemmen 13 und 14 und zum anderen von dem Eln-Ausschal-tSaatverhältnis des Triacs 1IA abhängt. Wird die Schaltung nnch Pig. 2 in der oben beschriebenen Weise betrieben, dann fließt ein laststrom durch die Last 12. Es ist aber auch möglich, die Schaltung nach Figur 2 zur Rückführung der Leistung in die Batterie zu verwenden, wenn die Last 12, beispielsweise ein Elektrokarren oder ein anderes elektrisch angetriebenes Fahrzeug ist, das im Leerlauf bergab fährt, so daß die Last 12 als Generator wirkt. Bei Generatorbetrieb der Last 12 ist es aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert, die Energie wieder in die Gleichstromversorgungsquelle zurückzuschicken. Bei dieser Betriebsart bleibt der Triac 11A ständig gesperrt. Dagegen wird der Leerlauftriao 16A durch ein Steuersignal des Übertragers 24 auf die Steuerelektrode periodisch'auf- und zugetästet. Der Leerlauftriac 16A wird in periodischen
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Anständen durch die zweite Kommutierungsschaltun,;, stehend aus der Jättigungsspule 21A und dem Koauautierung3kondon3ator 22A, gesperrt· Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist die gleiche, wie die der Koiamutierungsschaltung aus Sättigungsspule 19A und Kommutierungskondensator 2OA. Aufgrund der obigen kurzen Beschreibung ist klar, daß auch hier, analog der Beschreibung von Figur 1, durch gesteuertes Auf- und Zutaaten des Bauelementes 16A die Energie wieder in die Stromversorgungequelle zurückgeschickt wird. Um die Spannung an den Elngangsllemmen 15 und H besonders während des Pump-Back-Betriebea eu stabilisieren, ist ein Kondensator 35 zwischen diese Klemmen geschaltet·
Während des Kommutierungsvorgangs durch die Kommutierung·*» schaltung aus Pättlgungsspule 21 und Kommutierungskondenoator 22A will man den Steuerelektrodenkreis des Triac« 16A unwirksam machen, und dazu dient die Sperrschaltung aus Widerstand 31 und npn-Traneietor 33. Während der längsten Zeit der Betriebsperiode des Leerlauftriacs 16A und in seinem Ruhezustand hat der Punkt 32 negatives Potential, das über den Begrenzungswiderstand 31 der Basis des npn-Transistors 33 zugeleitet wird, so daß dieser Transistor gesperrt bleibt. Infolgedessen ist der Transistor 33, während des Betriebs der Schaltung nach Figur 2, wie oben beschrieben, meistens durchgesteuert. Jedoch während der Kommutierungszeitabsohnitte der Kommutierungsschaltung, bestehend aus der Sättigungsspule 21A und dem Kommutierungskondensator 22A, wenn sich nämlich der Kommutierungskondenoator 22 umlädt, so daß der Punkt 32 gegenüber dem Verbindungspunkt 27 positiv wird, wird der npn-Tranoistor 33 voll durchgesteuert. Dadurch erhält die Steuerelektrode des Triacs 16A das gleiche Potential wie der Versorgungs anschluß 14» Infolgedessen kann zwisohen der unteren Haupt- -j· elektrode des Triaca VqA und der Steuerelektrode keine Poten- -^11 tialdifferenz bestehen, wodurch die Steuerschaltung, die den ^ Übertrager 24 enthält, während des Kommutierungszeitabsohnitcn tea unwirksam wird und die Kommutierung des Leerlauftriacs ο 16A in die rück führ end θ Richtung möglich ist. BAD ORIGINAL
Inaer wenn der Leerlauftriac 16A durch das Steuersignal cJc3 Übertragers 24 leitend gemacht ist, wird die Drosselspule 15 durch den Strom des Lastgenerators 12 magnetisiert. Bei der Kommutierung des Leerlauftriacs 16A durch die Kommutierungsschaltung, bestehend aus dem Kommutierungskondons at or 22A und der sättigungsfähigen Spule 21A,addiert sich die Selbstinduktionsspannung der Drosselspule 15 zu der Spannung der Lastgeneratorquelle 12, so daß das Potential des Verbindungspunktes 27 stark positiv gegenüber dem Potential der positiven Anschlußklemme 13 wird. Dementsprechend wird der Triac 11A leitend und schickt den Strom zurück in die Stromversorgungsquelle, die an den Stromversorgungsanschlüssen 13 und 14 angeschlossen ist· Der Strom fließt solange von dem Lastgenerator 12 und der Drosselspule 15 zurück, bis die Drosselspule 15 soweit entmagnetisiert ist, daß der Triao 11A wieder in den gesperrten Zustand zurückgeführt werden kann. Danach kann der Leerlaufoder Eückführtriac 16A wieder von einem Steuersignal des Übertragers 24 über die Steuerelektrode durchgesteuert werden, wodurch ein neuer Arbeitszyklus eingeleitet werden kann.
Während des Kommutierungsvorgänge des Triacs 16A können steile Spannungospitzen auf den Triac 11A gekoppelt werden, die diesen in einem ungeeigneten Zeitpunkt durchsteuern. Diese stellen Spannungsspitzen können aber von beiden Triacs abgeblockt werden. Dies läßt sich durch die Reihenschaltung eines Spannungsbegrenzungswiderstandes 45 und eines Kondensators 46 parallel zu dem Laststromtriao 11A erreichen. Eine andere Möglichkeit zum Schutz der beiden Schaltkreise 1st die Reihenschaltung zweier Kondensatoren zwischen den Stromversorgungaanschlüssen 13 und 14, deren Verbindungspunkt an dem Verbindungepunkt 27 verbunden ist.
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-ί.
Figur 3 zeigt eine andere Ausführung der Stroravereorgungsschaltung gemäß der Erfindung, bei der die Triacs 11B und 16B als Stromtore dienen. Jedoch wird in dieser Ausführung eine andere Kommutierungsschaltung verwendet. Diese enthält einen Kondensator 48 in Reihe mit einer Spule 49 und Komrauticrungsschalttriacs 50 und 51. Dagegen können die Triacs
50 und 51 Einrichtungsetromtore sein, wie steuerbare Siliziumgleichrichter, da sie nicht in beiden Richtungen zu leiten brauchen. Die Sekundärwicklungen 29 und 29' der beiden sättigungsfähigen Kerntransformatoren liefern jeweils ein geeignetes Signal zum Durchsteuern der Kommutierungstriacs
51 und 50. Die Signale der Sekundärwicklungen 29 und 29* werden jeweils über Klemmdioden 54 und 54' auf die Steuerelektroden der Triacs 51 und 50 geleitet, so daß die Trlaes nur von Signalen bestimmter Polarität in der gewünschten Richtung durchgesteuert werden. Die primären Wicklungen 28 und 23' der sättigungsfähigen Kerntransformatoren liegen jeweils in Reihe mit den Laststromtriacs 16B und 11B.
Jetzt sei angenommen, daß anfangs beide Triacs 1lB und 16B nichtleitend oder gesperrt sind. Dann werde der Triac 11B von einem Steuersignal einer geeigneten Steuersignalquelle über die Steuerelektroden durchgesteuert. In dem Zeitabschnitt während dem der Triac 1IB leitet, liegen die Punkte und 55 im wesentlichen auf gleichem Potential mit der positiven Klemme 13 für den Gleichstromversorgungeanschluß, während der Punkt 56 etwas negativer als die negative Klemme 14 des Batterieanechlusses ist und der Kondensator 48 am Punkt 56 negativ und am Punkt 55 positiv aufgeladen wird· Kurz bevor der Trlao 11B gesperrt werden soll, wird der Triac 50 von einem externen Steuersignal (gleicher Polarität wie das von der Sekundärwicklung 29' über die Diode 54' abgegebene), das direkt auf die Steuerelektrode des Triacs 50 gegeben wird, durchgesteuert. Wenn der Triac 50 in der Richtung von der Klemme 13 zum Punkte 56 leitend wird, steigt das Potential 56 schlagartig auf das positive Potential der Batteriespannung während das Potential des Punktes 55 plötzlich über das
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positive Potential der Stromauführungsklemiae ansteigt, und zwar um einen Wert auf den sich der Kondensator 4ö aufzuladen hatte, und dann entlädt sich der Kondensator 48 oszillatorisch über die Spule 49 und den Laststromtriac 11J3 in entgegengesetzter Sichtung als der Laststrom fließt. Gleichzeitig mit dem Durchsteuern des Triaos 50 wird das Stoueruignal von der Steuerelektrode des Triaos 11B entfernt» falls es noch nicht geschehen ist. Da äs er der Triac 11B gerade den Laststroia führte, wird er nicht sofort gesperrt. Somit sind sofort unmittelbar nach dem Sperren des Triacs 50 sowohl Triac 50 als auch Triac 1IB leitend. Die Kapazität des Kondensators 43 ist so bemessen, daß eine Halbwelle des oszillatorischen Entladungsvorganges einen Rückstrom durch Triac 11B schickt, der entsprechend stark und dessen Dauer entsprechend lang genug ist, um Triac 11B zu sperren.
Nachdem sowohl der Laststromtriao 11 als auch der Triac 50 völlig gesperrt sind, kann Triac 16B durch ein entsprechendes Steuersignal über die Steuerelektrode durchgesteuert werden, so daß Triac 16B in Richtung von der Klemme 14 zum Punkt 27 leitet, während Triac 51 nach einer gewissen Zeitverzögerung, die durch die sättigungsfähigen Kerntransfornatoren 23 und 29 verursacht wird, durchgesteuert wird. Dieses Leitendwerden des Triacs 16B kann als Bogrenzungsvorgang angesehen werden, bei dem der Laststrom Über den Triac 16B und den Lastkreis schließt, wie schon anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben wurde.
V/ährend Triac 51 durch ein Signal der Sekundärwicklung des sättigungsfähigen Kerntransformators 29 leitend gemacht wird, wird Triac 16B gesperrt. Der Kommutiorungstriac 51 wird dann auf die gleiche Weise gesperrt, wie es anhand des Xommutierungstriacs 50 beschrieben wurde, d. h. durch den Entladungsvorgang des Kondensators, wenn dessen Strom durch null geht. Nachdem Triac 16B und 51 gesperrt sind, kann Triac 11B wieder leitend gemacht werden, indem ein
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Steuersignal auf die Steuerelektrode gegeben wird» und der Laststrom durch die Last 17 kann somit aufrechterhalten bleiben, ohne daß sich seine Größe wesentlich durch das wiederholte Ein- und Ausschalten der Triacs ΠΒ und 16B verändert.
Im Pump-Back-Betrieb ist Triac 11B anfänglich gesperrt, und Triac 16B wird periodisch durch ein geeignetes Steuersignal ein- und auegeschaltet. Triac 3V wird leitend in Richtung von Punkt 27 zur negativen Klemme 14. Wenn der Pump-Back-Triac 16B durchgesteuert ist, wird er wieder durch den Komxautierungstriac 51 gesperrt, dadurch daß dieser von einem Signal, das direkt auf die Steuerelektrode gegeben wird., durchgesteuert wird. Dieses äußere Steuersignal ist erforderlich, da die Diode 54 in dem Sekundärkreis 29 des sättigungsfähigen Kerntransformators ein Steuersignal entsprechender Polarität, das also den Kommutierungstriao 51 in Richtung von der Klemme 56 zur Klemme 14 durchsteuern würde, sperrt. Immer wenn der Triac 16B durengesteuort ist, wird die Drosselspule 15 durch den Laatstrom der Last (Generator) 12 magnetisiert. Beim Sperren des Triacs 16B addiert sich die in der Drosselspule 15 induzierte Spannung zu dem Spannungsabfall an der Last (Generator) 12, so daß das Potential des Punktes 27 positiv wird gegenüber dem Potential der Klemme 13. Der Triac 11B wird in RUckführriohtung leitend gemacht, d. h. von dem Punkt 27 zur Klemme 13, indem auf seine Steuerelektrode ein entsprechendes Steuersignal gegeben wird, während dadurch der Triac 50 nach einer gewissen Zeitverzögerung, die durch die Zeitkonstante des sättigungsfähigen Transformators 28*, 29' gegeben ist, ebenfalls leitend wird. Von dem Lastgenerator 12 wird dann über die Drosselspule 15 und den Triac 11B solange Energie zurückgeschickt, bis der Triac 162 wieder leitend wird und das Potential des Punktes 27 gleich dem der Klemme 14 wird oder, andere ausgedrückt, solange, bis die Drosselspule 15
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v/iedor soweit entmagnetisiert ist, daß dae Potential das Punktes 27 gleich den oder etwas niedriger ale das der Klemme 14 wird. Dies hat zur Folge, daß sich das Vorzeichen der Spannung an dem Triao 11B umkehrt, so daß er wieder gesporrt ißt. In diesem Augenblick ist der Anfangβzustand der Schaltung wieder erreicht. Ein vollständiger Zyklus iet durchlauf an und der Pump-Back-Triao 16B kann für einen erneuten Zyklus in Rückführ'riohtung durchgesteuert werden.
Figur 4 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung. Hier werden als stromsteuernde Bauelemente Leistungsdiacs 81 und 101 verwendet. Auch eine andere Komnutierungsschaltung für den Diac 81 ist dargestellt. Diese Ausführung enthält ebenfalls eine geeignete Zündschaltung mit der steile Impulsflanken zur Durchsteuerung der Diacs erzeugt werden können·
In dieser Figur 4 ist das laststromsteuerndβ Bauelement ein Leistungsidac 81. Der Leistungsdiac ist hauptsächlich ein npnpn-dotierter FUnfsohichtkristall. Er ist für Starkströme bis zu 50 und 100 Ampere in beiden Richtungen ausgelegt. Dabei hängt die Richtung von der Polarität der angelegten Spannung ab. Er wird durch Impulse mit sehr steiler Vorderflanke von dem gesperrten in den leitenden Zustand überführt. Dieser Leistungsdiac unterscheidet eich wesentlich von einem Signaldiac, der als Sohwachstrom-Dreischioht-Halbleiter für den Multiwattbereich ausgelegt ist und primär in Verbindung mit Torschaltungen verwendet wird. Eine ausführlichere Beschreibung des Leistungsdiaoe 81 wird in derS Zeitschrift "Applied Physics11 volume 30, Ho 11, Hov. 1963» Seiten 1819 - 1824 von R. W. Aldrioh und H. Holonyak Jun. unter dem Titel "Two Terminal Asymmetrical and Symmetrical Silicon Negative Resistance Switches11 gegeben.
Der Leistungsdiao 81 liegt in Reihe mit der Drosselspule 15 und der Last 12 zwischen den GHeichstromvereorgungsansohlüseen 13 und 14· Parallel zu dem Leistungsdiao 81 liegt
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cine Koniautieruncoaclia^tung mit der dieser Leiotungsdiac gesperrt werden kann und die den Kommutierungskondenaator 59 und die Bauelemente 57, 58, 60, 61, 62, 67, 68, 69, 70 und 71 enthält.
Die EoLimutierungsechaltung, die den Koramutierungskondensat or 59 enthält, steuert ein Schaltelement, den Triac 71, mit dem eie den Kommutierungsvorgang einleitet. Zur Durchsteuerung des Triaca 71 dienen einige Schaltkreise. Eine dieser Steuerschaltungen enthält einen Widerstand 67 und die Sekundärwicklung eines Steuerimpulstransformators 68, die zwischen der Steuerelektrode des Triacs 71 und dem Punkt 27 in Reihe geschaltet sind. Diese Steuerschaltung kann den Triac 71 durchsteuern, wenn das Potential des Punktes 27 positiv gegenüber dem Potential der unteren Klemme des Kommutisrungskondensatore 59 ist. Die andere Steuerschaltung des Triacs 71 enthält eine Entkopplungsdiode 69 und einen Widerstand 70, die zwisohen der Steuerelektrode und der rechten Stromführungselektrode des Triacs 71 in Reihe geschaltet sind. Mit dieser Steuerschaltung läßt sich der Triac 71 immer dann durchsteuern, wenn der untere Anschluß des Kondensators 29 positiv gegenüber dem Punkt 27 ist. Während der Lastatromdiao 81 gesperrt ist, lädt sich der Kommutierungskondensator 59 über eine Schaltung, die die Reihenschaltung der Spule 61 und der Diode 62 enthält, auf ein Potential auf, das höher sein kann als das Potential der Stromversorgungsspannung· Wenn der Diac 81 durchgesteuert 1st, verhindert der Triac (der gesperrt bleibt), daß sioh der Kommutierungskondensator 59 entlädt. Wenn der Diac 81 gesperrt werden soll, wird dem Triac 71 von dem ^teuerimpulstransformator 68 ein Steuersignal zugeführt· Dadurch entlädt sich der Kommutierungskondensator 59 Über die lineare Induktivität 57, die In Reihe geschaltete Diode 60, den Triac 71 und die den Laststrom führende Leistungsdiode 81, so daß sich die Polarität der Ladung auf dem Kommutierungskondensator 59 umkehrt· Nach dieser Umladung sperrt die Diode 20, und die sättigungsfähige Spule 56 wird
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in die positive aattigung gotrioben. Während dieses Umlade- und Uonagnötisierungsv -rganges fällt die Kojaautierungaspannung des Koiaiiiutierungskondenaatora 59 an der Spule 5ö ab. Gleichzeitig wird der 'iriac 71 infolge der lfapolung der anliegenden Spannung gesperrt. Während jedoch, die οättigungaspula 5β wieder in die positive Sättigung getrieben wird, öffnet das positive Potential dos unteren An-3chliasaes des Komrautierungskondensators 59 die Diode 69 und danit gleichzeitig den Triac 71» so daß dieser jetzt in entgegengesetzter Richtung leitend wird, da sich die Polarität des Potentials zwischen dem Punkt 27 und dem unteren An3chlul3 des Koroiautierungskondensatora 59 umgekehrt hat. Der KoEuautierungskond ensat or 59 entlädt sich dann über die gesättigte Spule 5ö, den Triac 71 und den Diac 31. Mittels einer Zündschaltung, die einen Tranaistor 91 enthält und weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird, wird der Diac 81 in RückfUhrungsrichtung durchgesteuert· Die Bückwärtovorspannung des Diaca 81 sperrt den Strom in Vorwärtsrichtung und gleichzeitig den Diac, wenn er in Vorwärtorichtung leitend ist.
Zur Durchsteuerung des Leistungodiacs 81, wenn die Klemme 13 positiv gegenüber dem Punkt 27 ist, ist eine Laststrom-Zündschaltung vorgesehen, die einen Impulskondensator 82 enthält, der parallel zu einem festen Widerstand 83 und einem gesteuerten Schwellwert-Halbleiterschalter 84 liegt. Dieser Schwellwertschalter kann ein Diaο oben erwähnter Art für niedrige Signale sein. Der Jchwellwertschalter 84 ist dem Diac 81 in vieler Hinsicht ähnlich. Er bricht £doch lawinenartig zusammen und wird schon voll durchgesteuert, wenn eine ausreichend hohe Spannung angelegt wird. Der Schwell· wertschalter 84 liegt in Heihe mit dem festen Widerstand 33» dem Widerstand 85 und der Diode 86 zwischen dem Punkt 27 und der Klemme 13. Parallel zu der Eelhensehaltung aus Schwellwertschalter 34» Widerstand 85 und Diode 86 liegt ein Doppelkondensator 87 und ein pnp-Transistor 88 in Beihe mit
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oinori Y/idcretcind 89 parallel zru dom Isipulskondensator 82, Durch diooo Anordnuns steuert dor Strom des pnp-SJransiotore 08 die Spannung, auf dio οich der Kondensator 82 auflädt. V/onn dor Transistor 88 voll durchgesteuert iet, lädt eich dor Kondensator 82 niemals soweit auf, daß seine Spannung r.unrelcht, den Schwellwertschalter 84 durchzusteuern. Duroh Veränderung dos Querstroms duroh den Transistor 88 kann die Höhe der Spannung bo3tixant werden, auf die sich der Xrapulskondensätor 82 auflädt, wodurch wiederum der Punkt bostirarat v/orden kann, boi don dor Schwellwertschalter 84 dio aufgoladonen Kondensatoren 82 und 87 in Reihe zwischen die Klcijzco 13 und don Punkt 27 schaltot, so daß dor Punkt 27 plötzlich negativ gegenüber der Klemme 13 wird. Dadurch wird ein Impuls mit sehr steiler Vorderflanke auf den Diac 81 gegeben. Infolgedessen wird der Diac 81 jetzt IeS; end und führt der Last 12 Strom zu.
Außer den Kondensatoren 82 und 87, dem Schwollwertβehalter 84 und den zugehörigen Bauteilen enthält dio zündschaltung für don Leistungsfiiac 81 noch eine weitere RückfUhr-Zündschaltung, dio den Diao 81 In Rüokwärtsriohtung durohsteuart. Dies ist der Pall, wenn die Polarität der Potentiale der Punkte 27 und 13 sich umkehrt, so daß der Punkt positiver wird, als der Anschluß 13 und der Diao 81 wio die Riickführdiode 23 von Pigur 1 wirkt. Die Rückfuhr-Zündschaltung enthält einen Kondensator 82', einen Schwellwertschalter 84' einen Widerstand 83* einen Kondensator 87I einen Widerstand 83* und eine Diode 86', die alle ähnlich angeordnet sind und genau die gleiche Funktion haben, wie die ähnlich bezeichneten Bauelemente der Laststrom-Zündsohaltung. Diese zündschaltung unterscheidet eich dadurch, daß sie einen npn-Iranslstor 91 enthält, der parallel zu dem Kondensator 82* geschaltet ist und mit der Basis an dem Verbindungspunkt zweier Widerstände liegt, die als Spannungsteiler wirken· Dieser Spannungeteller enthält zwei Widerstände 92 und 93, die parallel zu dem Koaautierunga-
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kondensator 59 geschaltet sind. Durch diese Anordnung hleibt der npn-Transistor 91 solange gesperrt, wie das Potential auf der unteren Seite dee Komaautierungskondensators 59 negativ ist, eo daß die Z lind schal tung, die den Kondensator 82* enthält, den Leistungsdiao 81 In RückstromricA-ttmg duroheteuern kann, wenn sich die Polarität der Potentiale an den Punkten 27 und 13 umgekehrt hat. Wenn z. B. dor Punkt 27 pooitiver wird als die Klemme 13» wird die Diode 86· leitend und lädt den Impulakondeneator 82· oowoit auf, "bis er den Schwellwertschalter 84* durchcehaltet. Dadurch wird ein cteil ansteigender Spannungsimpuls, wie schon gesagt, auf den Lelstungsdiac 61 gegeben» eo daß dieser in Rückstromrichtung durchgesteuert wird. Der LeI-stungsdiac 81 bleibt solange in dieser Richtung leitend, bis das Potential, des Punkts 27 soweit abgesunken 1st, daß es weniger positiv als das Potential der Klemme 13 lot. Dann wird der Diac 81 infolge der Spannungsumkehr an seinen Klemmen von selbst gesperrt*, während jedoch der leiotungsdiao 81 in Laststromrichtung leitend ist, und während der Kommutierungszeit, während der sich der Kommutierungskon-(1 ensat or 59. umlädt, so daß die untere Seite des Kommutierungskondensators positiv wird, ist der npn-Iransistor 91 voll durchgeoteuert, so daß er den Kommutierungskondensator 82* schaltet und verhindert, daß die zugehörige Zündschaltung den Diac 81 während der Komoutierungszeit durchsteuert .
An den Leistungadiac 101 ist ebenfalle eine zündschaltung angeschlossen, die der Laststron-ZÜndschaltung des IeI-stungediacs 81 in Aufbau und Wirkungsweise ähnlich ist. Aus diesem Grunde Bind die Bauelemente der Zündschaltung für den Begrenzungs-und Rüokführdiao 101 mit den gleichen Be isugs ζ eichen versehen worden wie die entsprechenden Bauelemente der Zündschaltung fUr den Leistungsdiac 81. Die Bezugeseloaea der Zündschaltung des Leiatungedlaoe #101 wurden jedoch noch Bit einem Index t versehen, durch den angedeutet werden soll» d*fi die«e Bauelemente den Mae 101
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während des Pump-Back-fietrlebes der Schaltung steuern. So entspricht z. B. der Impulskondensator 82f dee Begrenzungs- und Rückftthrdiacs 101 dem Impulskondensator 82 des Laststromdlacs 81. Während dee Pump-Back-Betriebs der Schaltung wird der Diac 101 durch die Steuerschaltung 82f bis 89f durohgesteuert, während das Sperren des Diacs 101 durch eine äußere Kommutierungsschaltung erfolgen sollte· Diese äußere Kommutierung ist erforderlich, da das Potential des Punktes 27 während dieses Betriebes immer positiv gegenüber dem Potential der Klemme 14 bleibt, wenn die Kommutierung nicht von außen erfolgt. IAa eine solche äußere Kommutierung zu ermöglichen, 1st dem Diac 101 eine Reihenschaltung aus einer Sättigungsspule 103 und einem Kondensator 104 parallelgesehaltet. Diese Kommutierungssohaltung arbeitet in ähnlicher Weise wie die der Pigur 2, die den Kondensator 22A und die sättigungsfähige Spule 21A enthält·
Während der ersten Betriebsart der Schaltung, wenn also Leistung von der Gleichstromquelle an die Last 12 abgegeben wird, wirkt der Diac 101 als Begrenzungsdiode. PUr diese Betriebsart der Diode 101 lot eine weitere Zündschaltung vorgesehen. Diese weitere Zündschaltung 1st identisch der weiteren Zündschaltung des Laetotroiadlaos 81. Deshalb wurden bis auf einen Index ο gleiche Bezugszelchen verwendet. Sa gibt Jedooh ein Unterscheidungsmerkmal. Der Clamplngfransistor 91ο muß das Potential dee Impulskondensatore 82ο während der Kommutierungszeit, wenn die Spannung an dem Kommutlerungskondensator 104 an dem oberen Anschluß negativ wird, begrenzen. Da das Potential des Kommutierungskondensators an dieser Stelle während des Kommutlerungsabsohnltts negativ 1st, wurde für den Sranslstor 91ο ein pnp-Transistor und kein npn-Transietor wie tür den TranaiBtor 91 in Aar zu dem Diao 81 gehörigen Zündschaltung verwendet.
Zwei kleine sättigungefÄhige Spulen 105 und 106 sind jeweils zwisohen dW|^o 81 und Punkt 27 und zwischen Punkt
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Γ? und den Diac 101 goechaltet. Diese SUttigunnsspulen dienen als Impulsformer, inden ßie die Steilheit dor Hinterflanke dee Rechteckimpulses, der auf die Diacs 81 und 101 gegeben wird, erhöhen, so daß die hohe Zündspannung, dio suf die Diacs gegeben wird, sofort wieder verschwindet, wenn diese durchgeeteuert sind. Die beiden iStindnchaltungen sind durch zwei Isolationakondeneatoren 107 und 108, die jeweils zwischen Klemme 13 und Punkt 27 und zwicchen Punkt 27 und Klömme 14 geschaltet oind, gegeneinander isoliert.
iiach der Beschreibung des Aufbauo der Schaltung von Figur 4 folgt nun die Beschreibung der Wirkungsweise. Zunächst sei angenommen, daß sich die Schaltung in völligem Ruhezustand befindet. Dann sind die Diacs 81 und 101 beide gesperrt und acr Kormutierungskondensator 59 des Diacs 81 hat sich während dec vorangegangenen ArbeitszyMua über die Spule 61 und die Diode 28 nahezu auf dio volle Gleichstromversorgungsspannung aufgeladen. Soll jetzt die Schaltung in der einen Betriebsart botrioben werden, bei der dor last 12 ein Lr.otstrom zugeführt wird, dann wird der Laotatrondiao 81 in geeigneten Zeitpunkt von einem Steuersignal, das auf die Basis des pnp-Sransiotors 88 geleitet wird, durchgosteuert. Wahrend der Diac 81 durchgeotouert ist, fließt der Last uolango Strou zu, wie es zur Erzielung eines bestimmten HittolwGrtäo des Lastotromo erforderlich ist, was schon oben boschrieben wurde. Xuras bevor der Diac 81 wieder gesperrt worden soll, wird dea Triac 71 über den Impulstransformator 48 oin Steuersignal zugeführt, was zur Polge hat, daß der Diac 81 auf die oben beschriebene» Art gesperrt wird. Während dieser Kommutierungszeit steuert das positive Potential, das an dom unteren Anschluß des Kondensat or η eraeheint, don Clamping-Transistor 91 voll durch, wodurch verhindert wird, daß der Kondensator 82· den Diao 81 während der Kommutierungszeit duronzUndet. Wenn der Punkt ,27 positiv gegenüber der Klemme 13 geworden ist, wird die Diode
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bo' leitend, so dtiij der Schwellwertschalter 64' durchgeochal-Iuο wi d und einen Zundimpuls auf den Diac 61 gibt. Da jetzt tier Diac i>\ durch das gegenüber der Klemme 13 positive Potential des' Punktes 27 entgegengesetzt vorgespannt ist» bat uicser Ztinciiiapulö, dessen Plankensteilheit durch, die sätti-
Spule 105» noch erhöht wird, zur Polge, daß der 31 in KückWärtüriehtung durchlesteuert wird. Über den Diac 81, der dann als HüekfUhrdiode betrieben wird, fließt jetzt Strom in ciie Gleichstromquelle zurück. Menn der Punkt 'dl wieder negativ gegenüber der Klezame 13 wird, sperrt der Mac 81 selbsttätig die RUcicführstromrichtung, indem er wieder in den Öperrzuetand zurückkehrt und die Schaltung wieder in die Auegangslage für einen neuen Arbeitszyklus bringt. Kurz bevor der Lastetromdiac 81 in Ruckwärtestromrichtung durchgeateuert wird, wird der Leerlaufdiac 101 von der Steuerschaltung, die aus den Bauelementen 82c bie 92c besteht, durchgesteuert, so dafl er als Leerlaufgleichrichter wirkt· Das Durchsteuern dee Siacs 101 als Leerlauf gleichrichter erfolgt kurz vor den Durchateuarn des Laststromdiacs 81 in EUckführriohtung. Das Sperren der Rüokstromrichtung des Diacs 81 erfolgt kurz vor dem Sperren des Leerlauf gleich» riohterdiacs 101 in Leerlauf riohtung, und zwar in dem Zeitabstand, der durch die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Punkt 27 weniger positiv als die Klemme 13 wird, und dem Zeitpunkt, in dem der Diac 81 wieder von der Zündschaltung in Laststromrichtung durohgesteuort wird, gegeben ist.
Die Wirkungeweise der Schaltung nach figur 4 im Pump-Back-Betrieb iat wie folgtt
Im Sperrzustantl dar beiden Biaoe 81 und 101 lädt sioh der Kondensator 104 an seinem oberen Anschluß nahezu auf das volle positive Potential der öleichatromveraorgungsquelle auf. Danach löst daa dem Iraneietor 88f zugeführt· Steuersignal bei elftem bestimmten Wert, der gegeben ist» cturoA
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dio Leistung, die in die Gleichstromquelle zurückgeschickt warden soll, äic zu dam Leerlauf und Pump-Back-Diac 101 ge- » hörige Züncl£>ch£.ltun£ aus, wodurch letzterer eingeschaltet wird. Währenddessen sox'gt die Sätti^ungsapule 106 zum Schütze des Diaca 101 für eine entsprechende Impulsform. Das Iiurchsteuorn des Maos 101 hat zur folge, daß das Potential des Punktes 27 sofort unter das Potential .der Klemme 14 sinkt, so daß der Lastgenerator 12 beginnt, die Drosselspule \b zu magnetisieren. Gleichzeitig sucht die Kommutierungssehaltung aus Sättigungespule 103 und Kondensator die Polarität des Potentials des Kondensators 104 umzukehren, wodurch die Sättigungsspule 103 zunächst entmagnetisiert und dann in entgegengesetzter Hichtung in die Sättigung getrieben wird Während der zur Ummagnetieierung der sättigungsfähigen Spule 103 erforderlichen Zeit wird die Drosselspule 15 magnetisiert und übergibt ihre Energie an den Kommutierungskondensator 104, wodurch die an diesem ansehende Spannung sich umpolt, und wird wieder in die ursprüngliche Sättigung getrieben, um dadurch den Diac 101 zu sperren. Während der Kommutierungszeit begrenztjb der Transistor 91 ο das Potential des Kondensators 82o, so daß während des Kommutierungsvorgangs kein ZUndimpuls auf den Diao gelangen kann. Immer wenn der Diao 101 während eines Arbeitezyklus gesperrt wird, steigt das Potential des Punktes 27 auf ungefähr das Doppelte des Potentiale der Gleichapannungsquelle, da sioh die Selbstinduktionsspannung der Drosselspule 15 zur Spannung an dem Lastgenerator 12 addiert. Infolgedessen Behaltet die Diode 86* den Schwellwertschalter 84* durch, der wiederum den Diac 81 in fiüokstromrichtung leitend macht. Dann wird während der Zeit, während der der Punkt 27 auf einem positiveren Potential als die Klemme 13 bleibt, Strom in die Gleichstromquelle zurückgeschickt. In dem Zeitpunkt, in dem das Potential des Punktee 27 unter das der Sleome sinkt, kehrt der Diao 81 selbsttätig in seinen Sperrzuatand zurück und bereitet die Schaltung gleichzeitig für einen neuen Arbeitszyklus vor·
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£ln-Vergleich dor verschiedenen möglichen Schaltungen zöigfc, <li£ iia Falle von Triaca oder Diaos als stromführ ar.de Bauelemente dia Z^nd- odor Steuerschaltung^ a of ort komplizierter v/erden. Sin wesentlicher Vorteil beateht jedoch darin, daß ein einaigoa Bauelementf wie der Triac 1 A von Jigur 2, zwei Bauelemente, den SSG 11 und die Diode 2? in Pigur I eraetat. Ιβχηβχ wiQ geuagt'werden, dai die Zünd3chaltungen zwar lcompliaierter eind aber billigere Sonwadistroabaueleaente enthalten, die keine starken Ströme au führen haben· Jieraantepreohend kann ee mitunter vorteilhaft sein, anstelle der Zweiweganordnung aus SSG I1 und Diode 23 ein eineigee Bauelement in form eines Sriaos oder eines Leietungsdiaos au verwenden, obwohl die Zündschaltung dann komplizierter wird.
Ein weiterer Vorteil läßt sioh durch das Zünden der Leiatungediuoo odor anderer Bauelemente mit upannungsisipul-8on hoher !flankensteilheit erüielen. Dieser Vorteil besteht darin, daß die Bauelemente mit höheren Frequenzen betrieben, d. h. ein- und auagesohaltot worden können. Dies ist ein weiterer Gesichtspunkt, der die Kompliziertheit der Zundschaltung en zur Erzeugung Steuer Impulsflanken rechtfertigt, wie sie für Leiatungediaos gemäß Jigur 4- erforderlich sind·
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Claims (12)

,Γ \·\ ".i .l/n . ι. Genei'al Electric Company Neue Ansprüche
1. Taatverhaltnio-^eateuerte Gleichstrom-Zerhackerschaltung mit zwei in Reihe an einer Gleichspannung liegenden Antiparallel-Kreioen, bestehend aus einem Thyristor und einer Diode für beide Energiorichtun^en, von denen einer durch den Verbraucher in Reihe mit einer Glättungsinduktivität und ein oder beide Kreis(e) von einer Kommutierungsschaltung überbrückt wird oder werden, während der Steuerkreis beider Thyristoren eine Zündschaltung enthält, dadurch, gekennzeichnet, daß Jeder Antiparallel-Kreia durch ein einziges Festkörper-Bauelement (11A, 11B, 16A, 16B, 81, 101) gebildet ist.
2. Schaltung nach Anspsich 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuorelektrodenkreie jedes Peatkörper-Baueleraontea während des Löachbetriebs der Kommutierungaschaltung zusätzlich kurzgeschlossen wird.
3. Schaltung nach Anspruch 1, mit einer Reihenschaltung aus einem Kondensator und einer Sättigungsspule als Kommutiorungaschaitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (41,33,91f91C) in den Steuerkreis beider Festkörper-Bauelemente (11A, 16A, 81, 101) geschaltet ist, dessen Basis Über einen Widerstand (42,31,93, 930) mit dem Verbindungpunkt (32) von Kondensator (20A,22A,f>9,104) und Sättigungsspule (19A, 21A, 103,57) verbunden ist.
4· Schaltung nach Anspruoh 1 oder 2, daduroh gekennzeichne t , daß in der Zündschaltung eine Steuerelektrode des Festkörper-Bauelementes mit einer Hauptelektrode (Elektrode a Anschluß) desselben Pestkörper-Bauelements verbunden ist (24 * 26, 36 - 39)» um eine Zündspannung anzulegen.
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Untertagen 1*1741^3 Ht 11
5. Schaltung naoh Anspruch 4». dadurch gekennzeichnet , daß der Antiparallel-Kreis aus dnem Triac (1U, 11B, 16A, 16B) besteht. '
6. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, daduroh g β -kennzeichnet , daß mindestens einer der Antiparallel· Kreise aus einem Diao (81, 101) besteht.
7. Schaltung nach Anspruch 1,2 oder 3, daduroh gekennzeichnet , daß die Zündschaltung zwischen die Hauptelektroden des Festkörper-Bauelementes geschaltet ist und eine Durchbruch-Schaltvorrichtung (84) enthält, der den Hauptoloktrodon eine eteil ansteigende Zündspannung zuführt.
8. Schaltung naoh Anspruch 4 oder 6, daduroh gekennzeichnet , daß eine Schaltvorrichtung (50,71) die Koiamutierungssehaltung mit den Festküper-Bauelement verbindet und die Kommutierung des Bauelementes einleitet·
9. Schaltung nach Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet , daß in der Kommutierungsschaltung ein Stromzweig (20,57) mit einer linearen Induktivität (57) und eine oättlgun^espule (53) parallel geschaltet sind.
10· Schaltung naoh Anspruch 9» daduroh gekennzeichnet , daß der utronsweig eine Diode (20) enthält und die lineare Induktivität (57) »it einem zugehörigen Kondensator (59) auf eine Beihenresonazusfrequenz abgestimmt ist, die unter der gewUnaohten Sohwingfrequens der Kommutierungeaehaltung liegt, und daß die Sättigungeinduktivität der Sättigungespule (58) mit dem Kondensator (59) auf eine Reihenresonansfrequenz abgestimmt ißt, die gleich der gewUnsohten Kommutierungsfrequenz ist. (
11. Schaltung nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daß eine euaätelloh· Induktivität (19,21)
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in Reihe mit dem Kondensator an der Speieegleiohspannung (£fl) liegt.
12. Schaltung nach Anspruch β, wenn mit Anspruch 2 kombiniert, dadurch gekennzeichnet» daß eine zweite Schaltvorrichtung (84) und die Schaltvorrichtung (71) in der Kominutierungsachaltung in Reihe an der Speiseglelchepannung (E0) liegen, und daß die Konuautierungeechaltung swisehen den Verbindungepunkt der beiden Schaltvorriohtungen und den Verbindungepunkt von AntiparalIeI-Kreia und Verbraucher (12) geeohaltet 1st·
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Application Number Priority Date Filing Date Title
US334690A US3360712A (en) 1963-12-27 1963-12-27 Time ratio control and inverter power circuits
US347731A US3353085A (en) 1963-12-27 1964-02-27 Time ratio control and inverter power circuits
US354888A US3376492A (en) 1963-12-27 1964-03-26 Solid state power circuits employing new autoimpulse commutation
US36379264A 1964-04-30 1964-04-30
US373674A US3353032A (en) 1964-06-09 1964-06-09 Flyback power amplifier circuit
US386859A US3418558A (en) 1963-12-27 1964-08-03 Single and bidirectional power flow solid state electric power circuits and commutation circuit therefor
US73167768A 1968-05-16 1968-05-16
US80674868A 1968-12-26 1968-12-26
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US87851769A 1969-04-01 1969-04-01

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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3360712A (en) * 1963-12-27 1967-12-26 Gen Electric Time ratio control and inverter power circuits
US3524102A (en) * 1966-02-10 1970-08-11 Berkey Photo Inc Solid state means for gas discharge lamp
US3477003A (en) * 1966-02-18 1969-11-04 Janome Sewing Machine Co Ltd Precision speed control circuit for alternating current motor
US3388311A (en) * 1966-05-27 1968-06-11 Sbd Systems Inc Power converter for converting an unregulated dc input voltage into a regulated output voltage
US3452266A (en) * 1967-02-08 1969-06-24 Borg Warner D.c.-to-d.c. converter
US3437906A (en) * 1967-06-06 1969-04-08 William Brooks D-c chopper
US3432740A (en) * 1967-08-11 1969-03-11 Gen Electric Solid state power circuits
US3475674A (en) * 1967-08-29 1969-10-28 Park Ohio Industries Inc Device for controlling the average output power of a silicon controlled rectifier inverter for induction heating uses
US3497792A (en) * 1967-11-20 1970-02-24 Westinghouse Electric Corp High voltage to low voltage inverters
US3566150A (en) * 1968-03-18 1971-02-23 Lepaute Cie Gle Elec Ind Impulse generator circuit for the control of rectifiers
US3517300A (en) * 1968-04-16 1970-06-23 Gen Electric Power converter circuits having a high frequency link
US3518527A (en) * 1968-05-01 1970-06-30 Basic Inc Scr power supply with inherent line regulating feature
DE1960472C2 (de) 1968-12-02 1987-01-22 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Leistungssteuerkreis
US3560820A (en) * 1969-02-03 1971-02-02 Ford Motor Co Reluctance motor power circuit containing series capacitance
US3879620A (en) * 1970-03-24 1975-04-22 Mitsubishi Electric Corp DC power control system
JPS4946573B1 (de) * 1970-03-27 1974-12-11
US3652874A (en) * 1970-07-30 1972-03-28 Donald F Partridge Circuit for controlling the conduction of a switching device
US3701935A (en) * 1971-06-23 1972-10-31 Kenwood Mfg Working Ltd Circuit for food mixer
US3942094A (en) * 1973-08-13 1976-03-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Commutation circuit and applications thereof
SE395804B (sv) * 1973-11-21 1977-08-22 Siemens Ag Anordning for samtidig tendning av ett storre antal seriekopplade tyristorer
DE2360426A1 (de) * 1973-12-04 1975-06-12 Siemens Ag Selbstgesteuerter wechselrichter mit steuerbaren hauptventilen in mittelpunktschaltung
JPS5334813B2 (de) * 1974-02-12 1978-09-22
US4284938A (en) * 1978-12-28 1981-08-18 General Electric Company Chopper with adaptive energy commutation
US4469999A (en) * 1981-03-23 1984-09-04 Eaton Corporation Regenerative drive control
DE3702617A1 (de) * 1986-07-03 1988-01-21 Licentia Gmbh Schaltungsanordnung zum schutz mindestens eines thyristors
US4713742A (en) * 1986-10-09 1987-12-15 Sperry Corporation Dual-inductor buck switching converter
US5208741A (en) * 1991-03-28 1993-05-04 General Electric Company Chopper circuit for dynamic braking in an electric power conversion system
JP2002027737A (ja) * 2000-07-03 2002-01-25 Fujitsu Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ、ｄｃ−ｄｃコンバータ用制御回路、監視回路、電子機器、およびｄｃ−ｄｃコンバータの監視方法
CN101926093A (zh) * 2007-12-28 2010-12-22 伊顿公司 驱动电路和使用驱动电路的方法
US7948222B2 (en) 2009-02-05 2011-05-24 Advanced Micro Devices, Inc. Asymmetric topology to boost low load efficiency in multi-phase switch-mode power conversion
EP2800265A1 (de) * 2013-05-03 2014-11-05 ALSTOM Technology Ltd Wandler
KR101561341B1 (ko) * 2013-09-02 2015-10-16 엘에스산전 주식회사 역률 보상 회로
UA127615C2 (uk) * 2021-09-06 2023-11-01 Володимир Олексійович Кльосов Джерело живлення

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3019355A (en) * 1959-08-12 1962-01-30 Gen Electric Magnetic silicon controlled rectifier power amplifier
US3476993A (en) * 1959-09-08 1969-11-04 Gen Electric Five layer and junction bridging terminal switching device
US3204172A (en) * 1959-12-14 1965-08-31 Harrel Inc Semiconductor controlled rectifier circuits
US3196330A (en) * 1960-06-10 1965-07-20 Gen Electric Semiconductor devices and methods of making same
US3207974A (en) * 1961-02-23 1965-09-21 Gen Electric Inverter circuits
GB944211A (de) * 1961-02-28
US3164767A (en) * 1961-04-10 1965-01-05 Gen Electric Synchronization and lockout control system for controlled rectifiers
US3257604A (en) * 1961-07-07 1966-06-21 Westinghouse Electric Corp Inverter
US3128396A (en) * 1961-09-25 1964-04-07 Gen Electric Lock out control circuit for power amplifier
US3103616A (en) * 1961-12-08 1963-09-10 Continental Oil Co Signal controlled inverter-power amplifier
US3263152A (en) * 1962-08-21 1966-07-26 Gen Electric Static inverter
US3263153A (en) * 1962-10-30 1966-07-26 United Aircraft Corp Inverter commutating capacitor charging system
BE639633A (de) * 1962-11-07
NL300476A (de) * 1962-11-13
DE1438414A1 (de) * 1962-12-17 1969-01-23 Bbc Brown Boveri & Cie Selbstgefuehrter Wechselrichter mit Kommutierungsschwingkreis
US3286155A (en) * 1963-03-15 1966-11-15 Gen Electric Static inverter
US3360712A (en) * 1963-12-27 1967-12-26 Gen Electric Time ratio control and inverter power circuits

Also Published As

Publication number Publication date
SE332539C (de) 1975-02-17
USRE26974E (en) 1970-10-27
USRE27091E (en) 1971-03-23
GB1055030A (en) 1967-01-11
USRE27128E (en) 1971-06-01
US3353085A (en) 1967-11-14
SE332539B (de) 1971-02-08
DE1463877A1 (de) 1970-01-22
US3541358A (en) 1970-11-17
DE1463877B2 (de) 1975-12-18
US3376492A (en) 1968-04-02
US3360712A (en) 1967-12-26
GB1070420A (en) 1967-06-01
FR1430954A (fr) 1966-03-11
US3418558A (en) 1968-12-24

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