DE1538042C3 - Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Wechselspannung in eine höherfrequente Wechselspannung - Google Patents

Description

zwischen den Teilerabgriff und die beiden Leitungen angeschlossen. Ebenso ist der Kollektor 24 des Trander Wechselspannungsquelle je ein Transistor eines sistors 19 an eine Leitung 25 angeschlossen, die zur Leitungstyps des ersten astabilen Multivibrators ge- einen Seite der Lastimpedanz 21 führt, deren andere schaltet ist, der während einer Halbwelle der Wech- Seite an die Leitung 14 angeschlossen ist. Die Lastselspannung mit der gewünschten höheren Frequenz 5 impedanzen 20 und 21, die im Falle eines HF-Widerschwingt, daß ferner zwischen den Teilerabgriff und Standsschweißgerätes ohmisch sind, können auch die beiden Leitungen der Wechselspanhängsquelle je Blindwiderstandscharakter haben, wie z. B. bei HF-ein Transistor des entgegengesetzten Ldtungstyps des Induktionsheizvorrichtungen.

zweiten astabilen Multivibrators geschaltet ist, der Im Multivibrator 17 sind der Emitter 26 des Tranwährend der anderen Halbwelle der Wechselspan- io sistors 18 mit der Leitung 14 und der Emitter 27 des nung mit der gewünschten höheren Frequenz schwingt, Transistors 19 mit der Leitung 13 verbunden. Ferner und daß die Kollektor-Emitter-Strecken der zwischen ist die Basis 28 des Transistors 18 über einen Widerden Teilerabgriff und die eine Leitung geschalteten stand 29 mit der Leitung 12 sowie über einen RückTransistoren einerseits und der zwischen den Teiler- kopplungskondensator 30 mit dem Kollektor 24 des abgriff und die andere Leitung geschalteten Transi- 15 Transistors 19 verbunden, während die Basis 31 des stören andererseits jeweils auf eine gemeinsame Last- Transistors 19 über einen Widerstand 32 mit der Leiimpedanz arbeiten und daß die Lastimpedanz ein tung 14 sowie über einen Rückkopplungskondensator eine hohe Leistung aufnehmender Verbraucher, wie 33 mit dem Kollektor 22 des Transistors 18 verbuneine Induktions- oder Widerstandsheiz- oder -schweiß- den ist.
vorrichtung, ist. ^ao Um die Lastimpedanzen 20 und 21 während der

Hierbei werden die die Eingangswechselspannung negativen Halbwelle der Eingangsperiode, während in Impulse der gewünschten höheren Frequenz zer- welcher der Multivibrator 17 nicht schwingt, mit hackenden Transistoren gleichzeitig zur Bildung der Hochfrequenzenergie zu beliefern, ist ein zweiter sie steuernden Signale herangezogen, da sie in der Multivibrator 17' vorgesehen, der — abgesehen da-Zusammenschaltung als astabiler Multivibrator ohne *5 von, daß die beiden Transistoren 18' und 19' pnpäußere Steuerung von selbst schwingen. Die Schwing- Transistoren sind und daher den Strom in der entfrequenz läßt sich in einfacher Weise gleich der ge- gegengesetzten Richtung leiten — gleich ausgebildet wünschten Hochfrequenz wählen. Durch die Anwen- ist wie der Multivibrator 17. Zur Bezeichnung der dung zweier Multivibratoren, welche während ent- Schaltungselemente des Multivibrators 17' sind daher gegengesetzter Halbperioden der umzuformenden 3<> die gleichen Bezugsziffern wie beim Multivibrator 17, Wechselspannung Strom führen, lassen sich beide jedoch zusätzlich mit einem Strich versehen, verwen-Perioden dieser Wechselspannung verwenden, so daß det worden. In beiden Multivibratoren 17 und 17' während beider Halbperioden Impulse erzeugt wer- wird die gewünschte Hochfrequenz der an den Lastden, deren Amplitude dem Verlauf der Eingangs- impedanzen 20 und 21 auftretenden Ausgangsenergie wechselspannung folgt. Da die beiden Multivibratoren 35 durch entsprechende Bemessung der Widerstände 29, mit jeweils einem Transistor auf je eine gemeinsame 29', 32 und 32' sowie der Kondensatoren 30, 30', 33 Lastimpedanz arbeiten, werden aus der Eingangs- und 33' festgelegt, wobei man für die Widerstände wechselspannung zwei getrennte Hochfrequenz-Wech- und Kapazitäten vorzugsweise gleiche Werte vorsieht, selspannungen abgeleitet, deren Phasenlage sich um um sicherzustellen, daß die Hochfrequenz während eine Breite der erzeugten Impulse unterscheidet und 4° beider Halbwellen der Eingangsstromperiode jeweils die getrennten Verwendungszwecken zugeführt wer- den gleichen Wert hat. Außerdem haben auch die den können. Kondensatoren 15 und 16, die ebenfalls den Wert der

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Dar- Ausgangsfrequenz beeinflussen, vorzugsweise die Stellungen eines Ausführungsbeispieles näher erläu- gleiche Kapazität,
tert. Es zeigt 45 Es soll zunächst die Arbeitsweise des Multivibra-

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsfonn der tors 17 betrachtet und dabei vorausgesetzt werden, Erfindung und daß die bei geschlossenem Schalter 11 in der Leitung

F i g. 2 den Verlauf der Ausgangsspannung an 12 erscheinende 60-Hz-Wechselspannung (gestrichelte einer der Lastimpedanzen. Linie 35 in Fi g. 2) die positive Halbwelle 36 sei.

Die Anordnung nach Fig. 1 enthält eine übliche 5° Außerdem soll der Transistor 18 zu einem früheren Wechselstromquelle 10 von beispielsweise 60 Hz, die Zeitpunkt zu leiten anfangen als der Transistor 19.
über einen Schalter 11 an eine Leitung 12 sowie an In dem Maße, wie die Stromaufnahme über die

eine geerdete Leitung 13 angeschlossen ist. Eine wei- Lastimpedanz 20 zunimmt, wird die Spannung an der tere Leitung 14 ist mit der Teileranzapfung eines Basis 31 des Transistors 19 weniger positiv, so Spannungsteilers verbunden, der aus einem an die 55 daß der Stromfluß durch diesen Transistor und die Leitung 12 angeschlossenen Kondensator 15 und Lastimpedanz 21 vermindert und schließlich gesperrt einem an die Leitung 13 angeschlossenen Kondensa- wird und folglich die Spannung an der Basis 28 des tor 16 besteht und als Spannungsspeicher wirkt; die Transistors 18 zunehmend positiver in bezug auf die beiden Kondensatoren haben vorzugsweise die gleiche mit dem Emitter 26 verbundene Leitung 14 wird. Als Kapazität. ^6o Folge davon steigt der Strom im Transistor 18, und

Für die Gewinnung von Hochfrequenzenergie ist der Transistor 19 wird im gesperrten Zustand gehalein Multivibrator 17 mit zwei npn-Transistoren 18 ten. Während dieses Zeitraums wird der Strom difrch und 19 vorgesehen, die wirkungsmäßig in Reihe mit den Transistor 18 von der im Kondensator 16 gezwei Lastimpedanzen 20 und 21 zwischen die Leitun- speicherten Ladung geliefert; dabei sinkt die positive gen 12 und 13 geschaltet sind, und zwar ist der KoI- ⁶5 Spannung an der Basis 31 ab, während zugleich der lektor 22 des Transistors 18 mit einer zur Lastimpe- Kondensator 33 sich über den Widerstand 32 entlädt danz 20 führenden Leitung 23 verbunden, und die und dadurch die Spannung an der Basis 31 in posiandere Seite dieser Impedanz 20 ist an die Leitung 12 tiver Richtung angehoben wird, so daß eine Strom-

aufnahme über die Lastimpedanz 21 erfolgt. Bei die- lassen, dazu bei, daß der Leistungsverbrauch der ser Stromaufnahme über die Impedanz 21 wird durch Anordnung außerordentlich gering ist. Da die Trandie entsprechend verringerte positive Spannung an sistorea auf einem Wärmeableiter beträchtlicher der Basis 28 der Transistor 18 gesperrt und dadurch Masse angeordnet sind, geben sie sehr rasch die der Strom durch die Lastimpedanz 20 unterbrochen. 5 durch den Stromfluß während ihres Leitens erzeugte In F i g. 2 ist die momentane ,Spannung an der Wärme ab. Die Transistoren können daher mit erheb-Lastimpedanz 20 schematisch dusfch die ausgezogene lieh stärkeren Momentanströmen belastet werden, als Kurve 37 angedeutet; sie ändert sich mit hoher Fre- es möglich wäre, wenn die Transistoren dauernd oder quenz während der gesamten positiven Halbwelle der über prozentual längere Zeitintervalle in Betrieb Eingangsspannungsperiode jeweils zwischen dem i° wären.

Potential der Leitung 12 (Kurve 35) und Nullpoten- Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform

tial. Während der gleichen Halbwelle ändert sich die der Erfindung hatten die Lastimpedanzen 20 und 21 momentane Spannung an der anderen Lastimpedanz einen Wert von jeweils 91 Ohm, die Widerstände 29, 21 komplementär zu der an der Lastimpedanz 20 29', 32 und 32' einen Wert von jeweils 1000 Ohm, derart, daß sie eine der Kurve 35 entsprechende ¹S die Kondensatoren 15 und 16 des Spannungsteilers Amplitude hat, wenn die ausgezogene Kurve 37 den eine Kapazität von jeweils 0,22 Mikrofarad und die Wert Null hat, und Null ist, wenn die Kurve 37 den Rückkopplungskondensatoren 30, 30', 33 und 33' jeweiligen positiven Pegel hat. Der besseren Über- eine Kapazität von jeweils 0,022 Mikrofarad. Mit diesichtlichkeit halber ist in F i g. 2 die Ausgangsfre- ser Anordnung wurde eine Ausgangsspannung mit quenz nur ungefähr fünfundzwanzigmal so groß wie ²⁰ einer Frequenz in der Größenordnung von 50 kHz die Eingangsfrequenz dargestellt; natürlich kann sie erhalten. Verwendet man Transistoren, deren Durchdurch entsprechende Wahl bzw. Bemessung der bruchsspannung in der Sperrichtung kleiner ist als die Schaltungskomponenten wesentlich höher bis in den im Betrieb der betreffenden Anordnung jeweils ange-Megahertzbereich oder höher reichen. legte Sperrspannung, so kann man im Emitterkreiä^

Während der positiven Halbwelle der Eingangs- as jedes Transistors einen entsprechend gepolten Dispannung ist der Multivibrator 17' außer Betrieb, da odengleichrichter vorsehen, um übermäßig hohe die pnp-Transistoren 18' und 19' bei positiven Ein- Sperrspannungen von dem betreffenden Transistor gangsspannungen gesperrt sind. Wenn sich dagegen fernzuhalten.

die Polarität der Eingangsspannung umkehrt, hört In Abwandlung des dargestellten Ausführungsder Multivibrator 17 auf zu schwingen, da dann die 30 beispiels kann man, statt npn-Transistoren im einen npn-Transistoren in Sperrichtung gepolt sind. Zu- und pnp-Transistoren im anderen Multivibrator zu gleich werden die pnp-Transistoren 18' und 19' in verwenden, beide Multivibratoren mit Transistoren Durchlaßrichtung- gepolt, so daß der Multivibrator des gleichen Leitungstyps ausrüsten, wobei man dann 17' in der gleichen Weise im hochfrequenten Takt die Polaritäten und die Vorspannungsanordnung der arbeitet wie zuvor der Multivibrator 17, wobei ledig- 35 Transistoren des einen Multivibrators gegenüber lieh die jeweiligen Polaritätsverhältnisse entsprechend denen des anderen Multivibrators entsprechend umumgekehrt sind. Es wird daher während dieser Halb- kehren muß. Ferner kann es für bestimmte Anwenwelle der auf der rechten Seite der F i g. 2 bei 38 dungszwecke erwünscht sein, andersartige als die hier angedeutete Spannungsverlauf an der Lastimpedanz beschriebenen Vorspannanordnungen vorzusehen; 20 und ein hierzu komplementärer Spannungsverlauf 4° dann sieht man in den Emitter- oder Kollektorkreisen an der Lastimpedanz 21 erzeugt. der Transistoren zusätzliche ohmsche oder Blind-

Es ist klar, daß selbst während derjenigen Halb- Widerstandselemente vor, um die gewünschten Eigenwelle der Eingangsspannung, bei welcher ein Multi- schäften des Ausgangsspannungsverlaufes zu erhalten, vibrator schwingt, seine beiden Transistoren jeweils Auch kann man als Wechselspannungsquelle eine immer nur die Hälfte der Zeit Strom führen, so daß 45 Dreileiteranordnung verwenden, wobei man den neuder gesamte Arbeitszyklus jedes Transistors jeweils tralen oder Erdleiter über eine Impedanz an die Leinur 25°/o einer Periodendauer beträgt. Außerdem tungl4 anschaltet, wodurch die Kondensatoren 15 tragen die sehr kurzen Schaltzeiten, die sich mit den und 16 sowie der Erdanschluß der Leitung 13 entmeisten derzeit erhältlichen Transistortypen erreichen fallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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schwingt der eine Oszillator und liefert die zum BePatentanspruch: trieb der Gasentladungslampe erforderliche hochhochfrequente Spannung, wählend der andere Oszil-

Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer lator während der entgegengesetzten Halbwelle der Wechselspannung in eine höherfrequente Wech- 5 Netzwechselspannung schwingt. Auf diese Weise wird selspannung mit zwei unmittelbar von der nied- der Gasentladungslampe kontinuierlich eine hochrigerfrequenten Wechselspannung mit entgegen- frequente Sinusspannung zugeführt, welche die Gasgesetzter Polung gespeisten Oszillatoren, die ab- entladung während beider Halbwellen der Netzwechselnd während jeweils entgegengesetzter wechselspannung aufrechterhält, so daß die Lampe Halbwellen der niedrigerfrequenten Wechsel- io ruhiger brennt, als wenn sie nur während jeweils spannung schwingen und deren Ausgangsspan- einer Halbwelle der Netzwechselspannung mit hochnungen an eine gemeinsame Lastimpedanz ange- frequenten Sinussignalen gespeist würde, koppelt sind, dadurch gekennzeichnet, Ferner sind aus der Zeitschrift »Electronics« vom

daß die Oszillatoren in an sich bekannter Weise 31. Januar 1964, S. 28 und 29, astabile Multivibratoastabile Multivibratoren sind, die so geschaltet 15 ren bekannt, bei denen die Kollektor-Emitter-Strecke sind, daß über die Wechselspannungsquelle (10) eines Transistors in Reihe mit einem Widerstand, der ein beiden Multivibratoren gemeinsamer kapazi- Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors tiver Spannungsteiler (15, 16) geschaltet ist, daß und einem weiteren Widerstand über eine Niederzwischen den Teilerabgriff (Leitung 14) und die Spannungsquelle von 6 Volt geschaltet ist, über der beiden Leitungen (12,13) der Wechselspannungs- 20 außerdem ein kapazitiver Spannungsteiler liegt, desquelle (10) je ein Transistor (18, 19) eines Lei- sen Abgriff an dem Verbindungspunkt des ersten tungstyps des ersten astabilen Multivibrators (17) Widerstandes mit dem zweiten Transistor angeschlosgeschaltet ist, der während einer Halbwelle der sen ist.

Wechselspannung mit der gewünschten höheren Die Umwandlung einer netzfrequenten Wechsel-

Frequenz schwingt, daß ferner zwischen den Tei- 25 spannung in eine höherfrequente Wechselspannung'* lerabgriff (Leitung 14) und die beiden Leitungen erfolgt üblicherweise über eine Gleichrichtung der (12, 13) der Wechselspannungsquelle (10) je ein Netzwechselspannung und anschließende Gewinnung Transistor (18', 19') des entgegengesetzten Lei- der höherfrequenten Wechselspannung aus dieser tungstyps des zweiten astabilen Multivibrators Gleichspannung. Die Hochfrequenz - Stromversor-(17') geschaltet ist, der während der anderen 30 gungsgeräte für Heiz- und Schweißvorrichtungen, Halbwelle der Wechselspannung mit der ge- welche nach diesem Prinzip arbeiten, sind räumlich wünschten höheren Frequenz schwingt, und daß und schaltungsmäßig wie auch hinsichtlich der Kosten die Kollektor-Emitter-Strecken der zwischen den jedoch recht aufwendig.

Teilerabgriff (Leitung 14) und die eine Leitung Es ist ferner bekannt, eine netzfrequente Wechsel-(12) geschalteten Transistoren (18, 18') einer- 35 spannung ohne Zwischengleichrichtung mit Hilfe von seits und der zwischen den Teilerabgriff und die Halbleiterschaltern, welche mit der gewünschten andere Leitung (13) geschalteten Transistoren höheren Frequenz angesteuert werden, zu zerhacken (19,19') andererseits jeweils auf eine gemeinsame und die aus jeder Periode der Wechselspannung her-Lastimpedanz (20 bzw. 21) arbeiten und daß die ausgeschnittenen Spannungsimpulse unmittelbar einer Lastimpedanz ein eine hohe Leistung aufnehmen- 40 Lastimpedanz zuzuführen. Die Halbleiter werden bei der Verbraucher, wie eine Induktions- oder diesem bekannten Frequenzwandler magnetisch ge-Widerstandsheiz- oder -Schweißvorrichtung, ist. steuert. Für diese Steuerung ist eine besondere Steuereinrichtung erforderlich, welche den Schalttakt angibt und die Erregerstromimpulse liefert. 45 Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaf-

fung eines Frequenzwandlers als Hochfrequenzspeisegerät zum unmittelbaren Einsatz am Ort des Verbrauchers, beispielsweise einer Induktions- oder

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung Widerstandsheiz- oder -schweißvorrichtung, bei welzur Umwandlung einer Wechselspannung in eine 50 eher die Halbleiterschaltung unter Verzicht auf eine höherfrequente Wechselspannung mit zwei unmittel- besondere Steuerschaltung selbst zur Erzeugung der bar von der niedrigerfrequenten Wechselspannung Steuersignale herangezogen werden kann, so daß sich mit entgegengesetzter Polung gespeisten Oszillatoren, wesentliche Vereinfachungen der bisher für diesen die abwechselnd während jeweils entgegengesetzter Zweck verwendeten Frequenzwandler ergeben. Diese Halbwellen der niedrigerfrequenten Wechselspannung 55 Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur Umschwingen und deren Ausgangsspannungen an eine Wandlung einer Wechselspannung in eine höhergemeinsame Lastimpedanz angekoppelt sind. frequente Wechselspannung mit zwei unmittelbar von Aus der USA.-Patentschrift 2 447 304 ist eine der niedrigerfrequenten Wechselspannung mit ent-Speiseschaltung für eine Gasentladungslampe be- gegengesetzter Polung gespeisten Oszillatoren, die abkannt, bei welcher zwei röhrenbestückte LC-Genera- 60 wechselnd während jeweils entgegengesetzter Halbtoren so an das Wechselspannungsnetz angeschaltet wellen der niedrigerfrequenten Wechselspannung sind, daß sie jeweils während entgegengesetzter Halb- schwingen und deren Ausgangsspannungen an eine wellen der Netzwechselspannung schwingen. Die gemeinsame Lastimpedanz angekoppelt sind, erfin-Oszillatorspulen der beiden Oszillatoren sind über dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oszillatoren in außerhalb am Kolben der Gasentladungslampe ange- 65 an sich bekannter Weise astabile Multivibratoren brachte Kontakte kapazitiv mit der Gasentladungs- sind, die so geschaltet sind, daß über die Wechselstrecke im Inneren der Röhre gekoppelt, und wäh- Spannungsquelle ein beiden Multivibratoren gemeinrend der einen Halbwelle der Netzwechselspannung samer kapazitiver Spannungsteiler geschaltet ist, daß