DE1763900C3 - Externally controlled DC voltage converter - Google Patents
Externally controlled DC voltage converterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen fremdgesteuerten Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer hohen Eingangsspannung in eine potentialfreie Kleinspannung mit einem von einem Steuergerät gesteuerten Thyristor-Zerhacker und einem Zerhacker-Transformator zwischen Eingangs- und Ausgangskreis. Dieser Gleichspannungswandler ist insbesondere zur Stromversorgung von Schaltgeräten für elektrische Bahnanlagen vorgesehen, bei denen Kleinspannung und Fahrdrahtspannung galvanisch getrennt sind.The invention relates to an externally controlled DC voltage converter for converting a high voltage Input voltage into a potential-free low voltage with a thyristor chopper controlled by a control unit and a chopper transformer between the input and output circuit. This DC / DC converter is especially used to supply power to switchgear for electrical railway systems provided in which the low voltage and contact wire voltage are galvanically separated.
Aus der Zeitschrift »AEG-Mitteilungen« 1964, Seiten 445/446, ist ein Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art für elektrische Bahnanlagen bekannt, der dazu dient, über eine Ladeeinrichtung eine Batterie zu laden und die an der Batterie liegenden Einrichtungen zu speisen. Über die Art der Speisung des den Thyristor-Zerhacker steuernden Steuergerätes ist der vorgenannten Literaturstelle nichts entnehmbar. Die Speisung könnte beispielsweise aus einer Hilfsbatterie erfolgen.From the magazine "AEG-Mitteilungen" 1964, pages 445/446, a DC / DC converter of the type mentioned for electrical rail systems is known serves to charge a battery via a charging device and the devices connected to the battery to dine. About the type of supply of the control device controlling the thyristor chopper is the Nothing inferred from the aforementioned literature. The supply could, for example, come from an auxiliary battery take place.
Durch die US-PS 33 27 199 ist ein selbstschwingender Transistor-Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer niedrigen Gleichspannung in eine höhere Gleichspannung bekannt, der über einen von einem Steuergerät gesteuerten Längstransistor gespeist wird. Bei diesem Gleichspannungswandler ist der mit einem Kondensator überbrückte Speiseeingang des Steuergerätes an die parallelgeschalteten Gleichspannungsausgänge einer ihrerseits von der Ausgangsseite des Gleichspannungswandllers gespeisten Betriebsspeiseeinrichtung in Form einer Sekundärwicklung des Zerhacker-Transformators und eines diesem nachgeschalteten Gleichrichters und einer von der Eingangsgleichspannung des Längstransistors gespeisten Startspeiseeinrichtung angeschlossen. Die Startspeiseeinrichtung besteht aus der Reihenschaltung einer Gleichrichterdiode, und eines Vorwiderstandes. Nach dem Start ist die Diode von der Betriebsspeiseeinrichtung in Sperrichtung vorgespannt. Da die Eingangsgleichspannung niedrig ist, kann sie unmittelbar zur Speisung des Steuergerätes während des Startvorganges eingesetzt werden. Für hohe Eingangsspannungen ist diese bekannte Startspeiseeinrichtung ungeeignet, weil dann in dem erforderlichen Vorwiderstand mehr Energie in Wärme umgesetzt würde als zur Ansteuerung von dem Steuergerät benötigt wird.By US-PS 33 27 199 is a self-oscillating Transistor DC voltage converter for converting a low DC voltage into a higher DC voltage known, which is fed via a series transistor controlled by a control unit. at This DC / DC converter is the supply input of the control unit bridged with a capacitor to the parallel-connected DC voltage outputs an operating feed device fed in turn from the output side of the DC voltage converter in the form of a secondary winding of the chopper transformer and a downstream one Rectifier and a starting supply device fed by the input DC voltage of the series transistor connected. The starting feed device consists of a series connection of a rectifier diode, and a series resistor. After the start, the diode from the operating supply device is in Pre-tensioned blocking direction. Since the DC input voltage is low, it can be used directly to power the Control unit can be used during the start-up process. For high input voltages this is known starter feed device unsuitable because then more energy in the required series resistor Heat would be converted than is required for actuation by the control unit.
Aus der DE-AS 10 90 306 ist eine Anlaßschaltung für einen mit hoher Gleichspannung gespeisten fremdgesteuerten Transistorwechselrichter bekannt, wobei ebenfalls der mit einem Kondensator überbrückte Speiseeingang des Steuergerätes an die pürallelgeschalteten Gle'chspannungsausgänge einer ihrerseits von der Ausgangsseiie des Wechselrichters gespeisten Betriebsspeiseeinrichtung in Form einer Sekundärwicklung des Zerhacker-Transformators und eines dieser nachgeschaltcten Gleichrichters und einer von der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters gespeisten Startspeiseeinrichtung angeschlossen ist. Das Startspeisegerät besteht aus einem Kondensator mit parallelgeschaltetem Entladewiderstand und mit dieser Parallelschaltung in Reihe geschaltetem Vorwiderstand. Beim Starten erhält das Steuergerät über den Kondensator von der hohen Eingangsgleichspannung einen Stromstoß. Mit dem Stromstoß ist eine entsprechend hohe Spannungsspitze verbunden. Zum Erzielen einer für das Starten ausreichend langen Stromversorgung des Steuergerätes über den Kondensator muß dieser relativ groß bemessen sein.DE-AS 10 90 306 discloses a starter circuit for an externally controlled one fed with a high DC voltage Transistor inverter known, which is also bridged with a capacitor Feed input of the control unit to the parallel-connected Equal voltage outputs of an operating supply device which is in turn fed by the output line of the inverter in the form of a secondary winding of the chopper transformer and one of these downstream Rectifier and a starter feed device fed by the input DC voltage of the inverter connected. The starting supply device consists of a capacitor with a parallel-connected Discharge resistor and series resistor connected in series with this parallel connection. At the When starting, the control unit receives a current surge from the high DC input voltage via the capacitor. A correspondingly high voltage peak is associated with the current surge. To get one for that Starting a sufficiently long power supply to the control unit via the capacitor must be relative be large.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem fremdgesteuerten Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art mit relativ geringem Aufwand eine beim Starten und beim Betrieb wirksame Speisung des Steuergerätes zu realisieren.The invention is based on the object of an externally controlled DC / DC converter of the above named type with relatively little effort a supply of the effective when starting and operating To realize the control unit.
Diese Aufgabe wird bei einem fremdgesteuerten Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mit einem ersten Kondensator überbrückte Spcisecingang des Steuergerätes an die parallelgeschalteten Gleichspannungsausgänge einer ihrerseits von der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers gespeisten Betriebsspeiseeinrichtung und einer von der Eingangsgleichspannung des Gleichspannungswandlers gespeisten Startspeiseeinrichtung angeschlossen ist und daß die Startspeiseeinrichtung einen an die Eingangsgleichspannung angeschlossenen Spannungsteiler aus hochohmigen Widerständen und aus der Parallelschaltung einer Zenerdiode und eines zweiten Kondensators und ferner ein die eine Klemme der vorgenannten Parallelschaltung mit der einen Ausgangsklemme an der Startspeiseeinrichtung verbindendes Spannungsschwellwert-Schaltelement aufweist und die andere Ausgangsklemme der Startspeiseeinrichtung durch dieThis task is performed with an externally controlled DC / DC converter of the type mentioned at the beginning according to the invention achieved in that the Spcisecingang the bridged with a first capacitor Control unit to the parallel-connected DC voltage outputs, one in turn from the output side of the DC / DC converter and one of the DC input voltage of the DC / DC converter fed starting feed device is connected and that the Start feed device a voltage divider connected to the input DC voltage from high-impedance Resistors and from the parallel connection of a Zener diode and a second capacitor and also one terminal of the aforementioned parallel connection with one output terminal on the Has starting feed device connecting voltage threshold value switching element and the other Output terminal of the starter feed device through the
andere Klemme der vorgenannten Parallelschaltung gebildet ist, derart, daß beim Start, wenn der erste Kondensator noch nicht geladen ist, die Ladespannung des zweiten Kondensators das Spannungsschwellwert-Schaltelement in den leitenden Zustand schaltet und über dieses der erste Kondensator aufgeladen wird.other terminal of the aforementioned parallel connection is formed such that when starting when the first The capacitor is not yet charged, the charging voltage of the second capacitor, the voltage threshold switching element switches to the conductive state and via this the first capacitor is charged.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Spannungsschwellwert-Schaltelement eine Vierschichtdiode oder ein Diac vorgesehen.According to one embodiment of the invention, a four-layer diode is used as the voltage threshold value switching element or a diac is provided.
Der Vorteil des Gleichspannungswandllers nach der Erfindung gegenüber dem bekannten Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art bes'eht vor allem darin, daß weder für den Start noch für den Betrieb des Wandlers eine Hilfsbatterie benötigt wird und daß dennoch seine Stromaufnahme während des Betriebes sehr gering ist.The advantage of the DC voltage converter according to the invention over the known DC voltage converter of the type mentioned above is that neither for the start nor for the operation of the Converter an auxiliary battery is required and that still its current consumption during operation is very low.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing explained. It shows
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines frenidgesteuerten Gleichspannungswandlers,F i g. 1 is a block diagram of a frenid-controlled DC voltage converter,
F i g. 2 ein Schaltschema eines Thyristor-Zerhackers mit vorgeschaltetem Siebkreis undF i g. 2 a circuit diagram of a thyristor chopper with an upstream filter circuit and
F i g. 3 ein Schaltschema einer Startspeiseeinrichtung und eines Steuergerätes.F i g. 3 is a circuit diagram of a starting feed device and a control device.
Die Hauptbestandteile des fremdgesleuerten Gleichspannungswandlers sind ein Siebkreis A auf der Eingangsseite, eine Startspeiseeinrichtung B, ein Steuergerät C, ein Thyristor-Zerhacker D und ein Regelgerät E Der Zerhacker-Transformator 1 enthält auf der Sekundärseite neben der l.astwicklung 2 für die Kieinspannung eine Wicklung 3 für die Stromversorgung des Regelgerätes Eund eine Zusatzwicklung 4 zur Speisung des Steuergerätes C nach dem Zünden des Thyristor-Zerhackers.The main components of the externally controlled DC / DC converter are a filter circuit A on the input side, a starting feed device B, a control device C, a thyristor chopper D and a control device E. The chopper transformer 1 contains a winding on the secondary side in addition to the first load winding 2 for the low voltage 3 for the power supply of the control device E and an additional winding 4 for supplying the control device C after the thyristor chopper has been ignited.
Wie aus dem Schaltschema in Fig. 2 hervorgeht, weist der Siebkreis A eine Diode 5, zwei Drosseln 6 und zwei Kondensatoren 7 auf. Der Ausgang a des Siebkreises A hl mit dem Eingang des Thyristor-Zerhackers D verbunden. Der Zerhacker-Transformator ist Bestandteil einer halbgesteuerten Brücke, zu der zwei Kondensatoren 8, 9 und zwei Thyristoren 11, 12 sowie eine Kommutierungsdrossel 13 gehören. Weitere Bestandteile dieser Brücke sind zwei Blindleistungsdioden 18, 19 und ein Kommulierungskondensator 10. Die Thyristoren II, 12 sind jeweils durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 14 bzw. 15 und einem Kondensator 16 bzw. 17 überbrückt. Die Klemmen d bzw. d sind mit den Wicklungen 33 bzw. 34 eines Impulstransformators 30 des Steuergerätes C verbunden. As can be seen from the circuit diagram in FIG. 2, the filter circuit A has a diode 5, two chokes 6 and two capacitors 7. The output a of the filter circuit A hl is connected to the input of the thyristor chopper D. The chopper transformer is part of a semi-controlled bridge, to which two capacitors 8, 9 and two thyristors 11, 12 and a commutation choke 13 belong. Further components of this bridge are two reactive power diodes 18, 19 and a communication capacitor 10. The thyristors II, 12 are each bridged by a series circuit comprising a resistor 14 or 15 and a capacitor 16 or 17. The terminals d and d are connected to the windings 33 and 34 of a pulse transformer 30 of the control unit C.
F i g. 3 zeigt den Schaltungsaufbau der Startspeiseeinrichtung B und des Steuergerätes C. Der Eingang der Startspeiseeinrichtung ßist gleichfalls an die Ausgangsklemmen a des Siebkreises A angeschlossen. Diese Startspeiseeinrichtung enthält auf der Eingangsseite einen an die Eingangsgleichspannung angeschlossenen Spannungsteiler, der aus einer Reihenschaltung von zwei hochohmigen Widerständen 20 und einer Zenerdiode 21'sowie einem zur Zenerdiode 21 parallelgeschalteten Kondensator 22 ;·.·■ -tent. An den Verbindungspunkt der Parallelschaltung mit den beiden hochohmigen Widerständen 20 ist eine Vierschichtdiode 23 als Spannungsschwellwert-Schaltelement angeschlossen, die über eine Diode 24 und einen Reihenwiderstand 25 mit einer Klemme eines weiteren Kondensators 26 verbunden ist, der mit seiner zweiten Klemme an die andere Klemme der Parallelschaltung der Zenerdiode 21 und des Kondensators 22 angeschlossen ist. Die beiden Klemmen des Kondensators 26 bilden den Ausgang der Startspeiseeinrichtung B. F i g. 3 shows the circuit structure of the start feed device B and the control device C. The input of the start feed device ß is also connected to the output terminals a of the filter circuit A. This starting feed device contains on the input side a voltage divider connected to the input DC voltage, which consists of a series connection of two high-value resistors 20 and a Zener diode 21 'as well as a capacitor 22 connected in parallel to the Zener diode 21; ·. · ■ -tent. At the connection point of the parallel circuit with the two high-resistance resistors 20, a four-layer diode 23 is connected as a voltage threshold switching element, which is connected via a diode 24 and a series resistor 25 to one terminal of a further capacitor 26, the second terminal of which is connected to the other terminal of the Parallel connection of the Zener diode 21 and the capacitor 22 is connected. The two terminals of the capacitor 26 form the output of the starting feed device B.
Das Steuergerät Centhält am Eingang eine aus einem Transistor 27, einer Zenerdiode 28 und einem Widerstand 29 gebildete Stabilisierungsschaltung. Der Impulstransformator 30 wird über die Transistoren 31 und 32 gesteuert (astabiler Multivibrator). An die beiden Sekundärwicklungen 33 und 34 sind, wie bereits erwähnt, die Thyristoren 11 und 12 des Zerhacker-Transformator:; angeschlossen, die wechselseitig gezündef werden. Über eine weitere Sekundärwicklung 35 werden die Impulse an das Regelgerät E weitergegeben.The control device Cent has at the input one of a transistor 27, a Zener diode 28 and a Stabilization circuit formed by resistor 29. The pulse transformer 30 is connected via the transistors 31 and 32 controlled (astable multivibrator). The two secondary windings 33 and 34 are, as already mentioned the thyristors 11 and 12 of the chopper transformer :; connected, which are ignited alternately. Via a further secondary winding 35 the impulses are passed on to the control unit E.
Die Wirkungsweise der Startspeiseeinrichtung ist folgende: Sobald die Spannung am Eingang des Spannungsteilers anliegt, wird über die hochohmigen Widerstände 20 der Kondensator 22 aufgeladen bis die Durchbruchsspannung der Vierschichtdiode 23 erreicht ist. Die im Kondensator 22 gespeicherte Energie wird über die Vierschichtdiode 23 auf den Kondensator 26 übertragen. Mit dem Ansteigen der Spannung am Kondensator 26 kommt die Vierschichtdiode 23 wieder unter die Durchbruchsspannung und verhindert einen weiteren Energiefluß. Der Kondensator 22 lädt sich sofort wieder auf und nimmt die Spannung der Zenerdiode 21 an. Ein erneuter Druchbruch an der Vierschichtdiode 23 kann nicht eintreten, da der Spannungsunterschied zwischen den Kondensatoren 22 und 26 zu gering ist.The starting feed device works as follows: As soon as the voltage at the input of the Voltage divider is applied, the capacitor 22 is charged through the high resistance 20 until the Breakdown voltage of the four-layer diode 23 is reached. The energy stored in the capacitor 22 is transferred to the capacitor 26 via the four-layer diode 23. As the voltage increases on the Capacitor 26 brings the four-layer diode 23 back below the breakdown voltage and prevents one further flow of energy. The capacitor 22 charges up again immediately and takes the voltage of the Zener diode 21 on. A renewed breakthrough at the four-layer diode 23 cannot occur because the Voltage difference between capacitors 22 and 26 is too small.
Die im Ausgangskondensator 26 der Startspeisecinrichtung gespeicherte Energie reicht aus, um den Multivibrator des Steuergerätes C des Thyristor-Zerhackers D in Betrieb zu setzen. Mit jedem Zünden der Thyristoren 11, 12 wird durch die Sekundärwicklung 4 des Zerhacker-Transformators über einen Brückengleichrichter 36 der Kondensator 26 am Ausgang der Startspeiseeinrichtung B nachgeladen. Auf diese Weise liefert der Zerhacker-Transformator die Betriebsspannung für das Steuergerät C, während die Startspeiseeinrichtung B nur für die Inbetriebnahme des Gleichspannungswandlers benötigt wird und erst dann wieder zündet, wenn der Spannungsunterschied zwischen den Kondensatoren 22 und 26 größer ist als die Durchbruchsspannung der Vierschichtdiode 23.The energy stored in the output capacitor 26 of the starter feed device is sufficient to put the multivibrator of the control device C of the thyristor chopper D into operation. With each firing of the thyristors 11, 12, the capacitor 26 at the output of the starting feed device B is recharged by the secondary winding 4 of the chopper transformer via a bridge rectifier 36. In this way, the chopper transformer supplies the operating voltage for the control unit C, while the starting feed device B is only required to start up the DC-DC converter and only ignites again when the voltage difference between the capacitors 22 and 26 is greater than the breakdown voltage of the four-layer diode 23 .
Während des Betriebes des Gleichspannungswandlers beträgt die Stromentnahme aus dem Netz der hohen Eingangsgleichspannung für das Steuergerät C etwa 2 mA und für die Startspeiseeinrichtung B max. 1 mA.While the DC / DC converter is in operation, the current drawn from the network for the high DC input voltage for the control device C is approximately 2 mA and for the starting feed device B a maximum of 1 mA.
Anstelle der Vierschichtdiode 23 kann auch ein anderes elektronisches Bauelement als Spannungsschwellwertschalter verwendet werden, beispielsweise ein Diac.Instead of the four-layer diode 23, another electronic component can be used as a voltage threshold switch can be used, for example a diac.
Das Regelgerät E sorgt auf der Kleinspannungsseite dafür, daß bei Schwankungen der hohen Eingangsgleichspannung, die bei den Spannungen für elektrische Bahnanlagen im Bereich von 240 bis 1000 V liegen können, die Kleinspannung nahezu konstant gehalten wird. Hierzu wird zweckmäßigerweise eine geregelte Ph^-en-Anschnitt-Steuerung verwendet.The control device E ensures on the low voltage side that in the event of fluctuations in the high DC input voltage, which is the case with the voltages for electrical Railway systems can be in the range from 240 to 1000 V, the low voltage is kept almost constant will. For this purpose, a regulated phase control is expediently used.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (2)
Priority Applications (1)
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| DE19681763900 DE1763900C3 (en) | 1968-09-02 | 1968-09-02 | Externally controlled DC voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19681763900 DE1763900C3 (en) | 1968-09-02 | 1968-09-02 | Externally controlled DC voltage converter |
Publications (3)
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Family
ID=5697793
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| DE2445032C2 (en) * | 1974-09-20 | 1984-06-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Circuit arrangement for generating a switch-on voltage for the control part of a medium-frequency converter |
-
1968
- 1968-09-02 DE DE19681763900 patent/DE1763900C3/en not_active Expired
Also Published As
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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