DE1616066C

DE1616066C - DC voltage converter with front magnetized field plates

Info

Publication number: DE1616066C
Authority: DE
Inventors: Hans Martens Hans 8520 Erlangen Hieronymus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-10-14

Description

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Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Gleichstrom- jedoch gezeigt, daß sie bei ungünstigen BedingungenThe subject of the main patent is a direct current, however, it is shown that it can operate under unfavorable conditions

wandler mit einer Brückenschaltung mit vormagne- nicht immer ausreicht.converter with a bridge circuit with vormagne- is not always sufficient.

tisierten sowie dem Steuermagnetfeld des zu messen- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Gleichstroms ausgesetzten Feldplatten. An die bei einem Gleichspannungswandler nach dem Haupt-Brücke ist ein Gleichstromverstärker angeschlossen, 5 patent für den Anschluß an einen Shunt auf Tempedessen Ausgangsstrom ein dem Steuermagnetfeld ratureinwirkung zurückgehende Fehler weiter zu verentgegenwirkendes Gegenkopplungsfeld erzeugt. Der mindern.tized as well as the control magnetic field of the to be measured The invention is therefore based on the object field plates exposed to direct current. To that of a DC / DC converter after the main bridge is connected to a DC amplifier, 5 patent for connection to a shunt on tempedessen Output current to the control magnetic field temperature receding error to be counteracted further Generated negative feedback field. The mitigate.

Wandler enthält einen einzigen, allen Feldplatten und Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß erfin-Magnetflüssen gemeinsamen Magnetkreis, bei dem dungsgemäß bei Verwendung von Material mit glei- . ein Teil oberhalb der magnetischen Aussteuerung, io chem Temperaturkoeffizienten für die auf gleicher die für die Feldplatten zur Erzeugung eines Gegen- Temperatur gehaltenen Wicklungen von Steuerkopplungsfeldes" nötig-ist, magnetisch sättigbar ist. ' magnetfeld und Gegenkopplungsfeld diese Wicklun-Dieser Gleichstromwandler kann auch als Gleich- gen derart bemessen sind, daß sie praktisch gleiche spannungswandler eingesetzt werden. elektrische Verlustleistungen und praktisch gleicheConverter contains a single, all field plates and the solution to the problem is that invented magnetic fluxes common magnetic circuit, in which, according to the use of material with the same. a part above the magnetic modulation, io chem temperature coefficients for the same the windings of the control coupling field held for the field plates to generate a counter temperature " is necessary, is magnetically saturable. 'Magnetic field and negative feedback field this winding-this DC converters can also be dimensioned as equals in such a way that they are practically identical voltage converters are used. electrical power losses and practically the same

Es ist häufig wichtig, Spannungen potentialfrei 15 Wärmeableitung gegen die Umgebung aufweisen und messen zu können. Bei Wechselspannungen kann das daß an der Gegenkopplungswicklung der Abgriff für leicht mit Hilfe von Wechselstromwandlern ausge- das Ausgangssignal vorgesehen ist. führt werden. Aber auch Gleichspannungen müssen, Es hat sich hierbei also als günstig herausgestellt, z. B. in der Regelungstechnik, potentialfrei erfaßt nicht nur für einen guten Wärmekontakt zwischen werden können. Gleichspannungswandler sind aber ao Steuer- und Gegenkopplungswicklung zu sorgen, im Aufbau wesentlich komplizierter als Wechsel- sondern auch durch geeignete Bemessung der Steuerspannungswandler, weil sich die Gleichspannungs- ■ und Gegenkopplungsspulen für etwa gleiche elek- , _x größen nicht transformatorisch übertragen lassen, trische Verlustleistungen und damit für gleich große ' aber Ein- und Ausgang ebenso wie bei Wechsel- Wärmeentwicklung in den Spulen Sorge zu tragen. Spannungswandlern- galvanisch nicht gekoppelt- sein 35. Bei einer Steuerwicklung aus Kupfer kann der· ' dürfen. In solchen Wandlern werden unter anderem Temperaturgang des Kupferwiderstandes dieser Wickzur galvanischen Trennung von Eingang und Aus- lung dadurch kompensiert werden, daß die Ausgang, magnetfeldabhängige Widerstände, die so- gangsspannung am Kupferwiderstand der Gegengenannten »Feldplatten«, verwendet (s. »Solid State kopplungsspule oder an einem anderen Kupferwider-Electronics«, Pergamon Press, 1964, 7, S. 363 bis 30 stand, der vom Gegenkopplungsstrom durchflossen 371, und 1966, 9, S. 443 bis 451, sowie »Elektro- wird, abgenommen wird. Das ist jedoch nicht immer nik«, 1967, Heft 5, S. 137/138). erforderlich.It is often important to be able to display and measure voltages potential-free 15 heat dissipation to the environment. In the case of alternating voltages, the tap on the negative feedback winding can be provided for easily extracting the output signal with the aid of alternating current converters. leads to be. But DC voltages must also be used. B. in control technology, potential-free detected not only for a good thermal contact between. DC voltage converters, however, have to be provided with control and negative feedback windings, which are much more complicated in structure than AC voltage converters but also through suitable dimensioning of the control voltage converters, because the DC voltage and negative feedback coils for approximately the same electrical _{, x} values cannot be transmitted through transformers, tric power losses and to ensure that the input and output are of the same size as well as with alternating heat development in the coils. Voltage transformers - not galvanically coupled - 35. With a control winding made of copper, the · 'may. In such converters, among other things, the temperature variation of the copper resistance of this winding is compensated for galvanic separation of input and output by using the output, magnetic field-dependent resistances, the initial voltage at the copper resistance of the opposing »field plates« (see »Solid State coupling coil or at another Kupferwider-Electronics ”, Pergamon Press, 1964, 7, p. 363 to 30, through which the negative feedback current flows 371, and 1966, 9, p. 443 to 451, as well as“ Elektro- is, is removed is not always nik, however, 1967, No. 5, pp. 137/138). necessary.

Mit den Maßnahmen nach dem Hauptpatent wird In Weiterbildung der Erfindung ist bei Verwendie Aufgabe gelöst, einen Gleichspannungswandler dung eines Shunts aus.Kupfer (oder einem anderen zu schaffen, der auch bei Überlast einwandfrei arbei- 35 gutleitenden Material mit starkem Temperaturgang) tet, ohne daß das Gegenkopplungsfeld entsprechend in den Gegenkopplungskreis ein temperaturabhändem Steuerfeld oberhalb der Nennaussteuerung stark giger Widerstand gesetzt, der zum Abgriff des Ausansteigen muß. Mit hohem Vorwiderstand kann der gangssignals vorgesehen ist Das Ausgangssignal Stromwandler nach dem Hauptpatent auch als Span- kann also auch an einem temperaturunabhängigen nungswandler betrieben werden. Dabei geht die 40 Widerstand, der-also nicht aus Kupfer besteht und Temperaturabhängigkeit* der Steuerwicklung, die im durch den der Gegenkopplungsstrom fließt, abgegrifallgemeinen aus' Kupfer besteht, im Verhältnis der fen werden, wenn der Shunt und die Steuerwicklung Wicklungsspannung zur Gesamtspannung ein. .aus Kupfer hergestellt sind. Es ist dann günstig, wennWith the measures according to the main patent, in further development of the invention, the problem is solved when using a DC voltage converter formation of a shunt aus.Kupfer (or another one that works perfectly even when overloaded 35 highly conductive material with strong temperature drift) tet without the negative feedback field is set accordingly in the negative feedback circuit, a temperature-dependent control field above the nominal level, a strong resistance that has to rise to tap the output. The output signal can be provided with a high series resistance. The resistance, which is not made of copper and the temperature dependency * of the control winding, through which the negative feedback current flows, is generally made of copper, is in the ratio of the fen when the shunt and control winding winding voltage to the total voltage. .are made of copper. It is favorable when

In einem anderen Fall, nämlich bei einem Wand- der Shunt und die Steuerwicklung auf näherungsweise ( ler, der an einen Shunt angeschlossen werden soll, 45 gleicher Temperatur liegen. "" stehen in der Regel keine hohen Spannungen zur Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, auf die Verfügung. Für diese Fälle ist nach dem Hauptpatent Zeitkonstante der mit dem Shunt parallelgeschalteten eine Spannungswandlerausführung vorgesehen, in der Steuerwicklung Rücksicht zu nehmen. Gemäß weidie Steuerwicklung für die Shuntspannung ausgelegt terer Ausgestaltung der Erfindung sind daher Shunt ist und ohne spezielle Temperaturkompensation, also 50 und/oder Wicklung des Steuermagnetfeldes derart mit ihrem vollen Temperaturkoeffizienten, betrieben dimensioniert, bzw. der Gegenkopplungswicklung zuwird. Jedoch wird dafür gesorgt, daß die Gegenkopp- geordnet, daß ihre Zeitkonstanten praktisch gleich Iungswicklung den gleichen Temperaturkoeffizienten sind. Die Zeitkonstante der Steuerwicklung hat den hat. Dann heben sich die Temperaturkoeffizienten günstigsten, d. h. kleinsten Wert, wenn die Steuereingangs- und ausgangsseitig gegenseitig auf, wenn 55 wicklung in enger magnetischer Kopplung mit der beide Wicklungen im, wesentlichen die gleiche Tem- Gegenkopplungswicklung steht, weil dann der Streuperatur haben und wenn die Spannung an der fluß der Steuerwicklung klein ist. Kann die trotz der Gegenkopplungswicklung oder an einem anderen magnetischen Gegenkopplung verbleibende Selbst-Widerstand mit gleichem Temperaturkoeffizienten in induktion der Steuerwicklung in einigen Fällen nicht der Zuführung der Gegenkopplungswicklung als Aus- 60 klein genug gehalten werden, so ist es sehr zweckgangssignal verwendet wird. ' mäßig, die Induktivität des Shunts so zu erhöhen,In another case, namely with a wall- the shunt and the control winding on approximately ( ler that is to be connected to a shunt, 45 lie at the same temperature. "" there are usually no high voltages available. It has also proven to be beneficial for the Disposal. For these cases, according to the main patent, the time constant is that which is connected in parallel with the shunt A voltage transformer version is provided, to be taken into account in the control winding. According to weidie Control winding designed for the shunt voltage terer embodiment of the invention are therefore shunt is and without special temperature compensation, so 50 and / or winding of the control magnetic field in such a way with its full temperature coefficient, operated, or the negative feedback winding is closed. However, it is ensured that the negative feedback is ordered and that their time constants are practically the same Winding have the same temperature coefficient. The time constant of the control winding has the has. Then the temperature coefficients rise favorably, i. H. smallest value if the control input and on the output side of each other when 55 is in close magnetic coupling with the winding Both windings essentially have the same negative feedback winding because of the scatter temperature and if the voltage on the flow of the control winding is small. Can that despite the Negative feedback winding or self-resistance remaining on another magnetic negative feedback with the same temperature coefficient in induction of the control winding in some cases not the feed of the negative feedback winding can be kept small enough as output 60, so it is very useful output signal is used. '' moderate to increase the inductance of the shunt so that

Eine Bedingung für ein fehlerarmes Arbeiten eines daß seine Zeitkonstante gleich der Zeitkonstanten derA condition for an error-free operation that its time constant is equal to the time constant of

solchen Wandlers war hiernach also, daß Steuer- Primärwicklung wird.such a converter was hereafter that the control becomes the primary winding.

und Gegenkopplungswicklung etwa gleiche Tempe- An Hand der schematischen Zeichnung eines Aus-and negative feedback winding approximately the same temperature. On the basis of the schematic drawing of an output

ratur haben, was dadurch erreicht werden kann, daß 65 führungsbeispiels mit zwei Feldplatten werden Ein-temperature, which can be achieved by 65 guiding example with two field plates

man für einen guten Wärmekontakt zwischen den zelheiten der Erfindung näher erläutert,one explains in more detail for a good thermal contact between the details of the invention,

beiden Wicklungen sorgt. Diese Lehre hat sich in Im gezeichneten Beispiel wird die am Shunt 1 an-both windings. This teaching has been applied in the illustrated example, the applied to shunt 1

vielen Fällen als brauchbar erwiesen. Es hat sich liegende Eingangsspannung U₁ an den Shunt-Klem-proven to be useful in many cases. There is an input voltage U ₁ at the shunt terminal

men 2 und 3 abgegriffen und auf die Steuerwicklung 4 gegeben. Diese liegt zusammen mit der Vormagnetisierungswicklung 5 und der Gegenkopplungswicklung 6 auf einem Magnetkern 7, der zwei Luftspalte mit den Feldplatten 8 und 9 aufweist. An Stelle der durch die Stromquelle 10 versorgten Vormagnetisierungswicklungen 5 (bzw. Wicklung) ist häufig eine permanente Vormagnetisierung des Kerns 7 vorgesehen. Zur Erhöhung der Nullpunktstabilität sind im gezeichneten Beispiel die Feldplatten 8 und 9 mit den Festwiderständen 11 und 12 zu einer Brücke mit der Spannungsquelle 13 zusammengeschaltet. Die Vormagnetisierung dient dazu, die Widerstandsänderung der Feldplatten 8 und 9 (magnetfeldabhängige Widerstände) in den steilen Bereich von deren Kennlinie zu bringen, wo der Widerstand feldrichtungsabhängig ist (vgl. auch »Solid-State Electronics, Pergamon Press, 1965, 8, S. 365 bis 373). Die Steuerwicklung 4, der Vormagnetisierungsfluß sowie die Feldplatten 8 und 9 sind im Kern 7 einander so zugeordnet, daß bei Änderung der Steuerspannung der Widerstand der einen Feldplatte erhöht und der Widerstand der anderen Feldplatte erniedrigt wird. Durch die daraus resultierende Brückenverstimmung wird der Transistorverstärker 14, der an seinem Ausgang die Gegenkopplungswicklung 6 (bzw. die Gegenkopplungswicklungen, wenn zwei oder mehr Wicklungen 6 verwendet sind) speist. Durch die Gegenkopplungsmagnetisierung wird die auf die Steuerwicklung 4 zurückgehende Magnetisierung so weit aufgehoben, daß die verbleibende Differenz ausreicht, um den Transistorverstärker 14 auszusteuern.men 2 and 3 tapped and given to the control winding 4. This lies together with the premagnetization winding 5 and the negative feedback winding 6 on a magnetic core 7, which has two air gaps with the field plates 8 and 9. Instead of by the power source 10 supplied bias windings 5 (or winding) is often a permanent premagnetization of the core 7 is provided. To increase the zero point stability are In the example shown, the field plates 8 and 9 with the fixed resistors 11 and 12 to form a bridge the voltage source 13 interconnected. The premagnetization serves to reduce the change in resistance of the field plates 8 and 9 (magnetic field-dependent resistances) in the steep area of their characteristic curve where the resistance depends on the direction of the field (see also »Solid-State Electronics, Pergamon Press, 1965, 8, pp. 365 to 373). The control winding 4, the bias flux and the Field plates 8 and 9 are assigned to one another in the core 7 so that when the control voltage changes Resistance of one field plate is increased and the resistance of the other field plate is decreased. Due to the resulting bridge detuning, the transistor amplifier 14, which is connected to his Output the negative feedback winding 6 (or the negative feedback windings, if two or more Windings 6 are used) feeds. Due to the negative feedback magnetization, the Control winding 4 decreasing magnetization canceled so far that the remaining difference is sufficient, to control the transistor amplifier 14.

Durch geeignete Bemessung von Steuer- und Gegenkopplungsspulen treten in beiden Spulen etwa gleiche elektrische Verlustleistungen und damit gleich große Wärmeentwicklung auf. Dadurch und durch guten Wärmekontakt zwischen den beiden Spulen gibt der erfindungsgemäße Wandler ein praktisch temperaturunabhängiges Ausgangssignal ab. Dieses kann an der Gegenkopplungswicklung 6, die in Reihe mit dem Ausgang des Transistorverstärkers 14 liegt, z. B. mit dem Voltmeter 15, abgenommen werden.Appropriate dimensioning of control and negative feedback coils occurs in both coils the same electrical power losses and thus the same amount of heat development. Thereby and due to the good thermal contact between the two coils, the converter according to the invention is practical temperature-independent output signal. This can be done on the negative feedback winding 6, the is in series with the output of transistor amplifier 14, e.g. B. with the voltmeter 15 removed will.

Bei einem Teil der erfindungsgemäßen Lehre, nämlich bei Verwendung eines Shunts aus Kupfer (oder einem ähnlich gutleitenden Material mit relativ starkem Temperaturgang) ist es nicht unbedingt erforderlich, für die Steuer- und Gegenkopplungswicklungen 4 und 6 Material mit gleichen Temperaturkoeffizienten zu benutzen und die Wicklungen auf gleicher Temperatur zu halten, wenn nur der Shunt I und die Steuerwicklung 4 auf annähernd gleicher Temperatur liegen. Das Ausgangssignal wird in diesem Fall z. B. von dem gestrichelt gezeichneten temperaturunabhängigen Widerstand 18 mit dem Gerät abgenommen, der in den Stromkreis der Gegenkopplungswicklung 6 gesetzt ist.In part of the teaching according to the invention, namely when using a shunt made of copper (or a similarly good conductive material with a relatively strong temperature drift) it is not absolutely necessary to for the control and negative feedback windings 4 and 6 material with the same temperature coefficient to use and to keep the windings at the same temperature, if only the shunt I and the control winding 4 are at approximately the same temperature. The output signal is in this Case z. B. from the dashed line temperature-independent resistor 18 with the device removed, which is placed in the circuit of the negative feedback winding 6.

Eine Verbesserung des erfindungsgemäßen Wandlers ergibt sich, wenn Shunt I und/oder Wicklung 4 des Steuermagnetfeldes derart dimensioniert bzw. der Gegenkopplungswicklung zugeordnet sind, daß ihre Zeitkonstanten praktisch gleich sind. Das kann einerseits dadurch bewirkt werden, daß die Induktivität des Shunts I künstlich erhöht wird, derart, daß seineThe converter according to the invention is improved when shunt I and / or winding 4 of the control magnetic field are dimensioned or assigned to the negative feedback winding that their Time constants are practically the same. This can be achieved on the one hand by the fact that the inductance of the shunt I is artificially increased in such a way that its

ίο Zeitkonstante gleich der Zeitkonstanten der Steuerwicklung wird. In der Zeichnung ist das mit der Induktivität 20, die in Reihe mit dem Shunt I liegt (Ersatzschaltbild), dargestellt. Eine Angleichung der Zeitkonstanten von Steuerwicklung 4 und Shunt I ist aber auch dadurch möglich, daß man die Steuerwicklung 4 auf dem Kern 7 in enge magnetische Kopplung mit der Gegenkopplungswicklung 6 bringt.ίο time constant equal to the time constant of the control winding will. In the drawing, this is with inductance 20, which is in series with shunt I. (Equivalent circuit diagram). An alignment of the time constants of control winding 4 and shunt I is but also possible by having the control winding 4 on the core 7 in close magnetic coupling with the negative feedback winding 6 brings.

Claims

Patent claims:

1. DC / DC converter with a bridge circuit with pre-magnetized and the control magnetic field of the direct current to be measured and the field plates connected to the bridge DC amplifier, the output current of which is a counteracting the control magnetic field Negative coupling field generated with a single common to all field plates and magnetic fluxes Magnetic circuit in which a part is above the magnetic level that is responsible for the Field plates for generating a negative feedback field is necessary, is magnetically saturable, according to Patent 1616047, characterized in that that when using material with the same temperature coefficient for the same Temperature-held windings of the control magnetic field (4) and negative feedback field (6) these Windings are dimensioned such that they have practically the same electrical power loss and practical have the same heat dissipation to the environment, and that on the negative feedback winding (6) the tap (15) is provided for the output signal.

2. DC voltage converter according to claim 1, modified so that when using a Shunts (1) made of copper or another highly conductive material with a strong temperature change In the negative feedback circuit, a temperature-independent resistor (18) is set, which is used for Tapping of the output signal is provided.

3. DC voltage converter according to claim 1, characterized in that the shunt (I) and / or Winding of the control magnetic field (4) dimensioned in this way or the negative feedback winding (6) are assigned that their time constants are practically the same.

1 sheet of drawings