DE1810646C3 - Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine niedrigere Gleichspannung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine niedrigere GleichspannungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung
. in eine niedrigere Gleichspannung mittels eines periodisch ein- und ausschaltbaren Schalters, der
zusammen mit einer mit ihm in Reihe geschalteten Drossel in Reihenschaltung mit dem Gleichspannungseingang
und der Last liegt, und einer parallel zur Reihenschaltung aus der Drossel und der Last liegenden
Freilaufdiode.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist bei einem Gleichstrommotorantrieb zur Anpassung der drehzahlveränderlichen
Ankerspannung an die Betriebsspannung bekannt (DT-Zeitschrift »Elektronik«, 1959, Nr. 6,
S. 179 bis 181). Dabei zeigt sich, daß kleine Mittelwerte
des Laststroms nur mit Slromimpulsen großer Stromzeitflächen
und niederer Frequenz, d.h. mit einer prozentual großen Stromwelligkeit realisiert werden
können, was beim Betrieb mancher Verbrauchergeräte, wie z. B. Lampen, störend ist.
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, bei Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art für
eine geringe Stromoberwelligkeit im Bereich kleiner Lastströme zu sorgen. Dies gelingt erfindungsgemäß
dadurch, daß die Drossel eine knickförmige Magnetisierungskurve
derart aufweist, daß bei vollem Laststrom der Arbeitsbereich im geknickten Teil der Magnetisierungskurve
liegt Eine Laständerung kann während des Betriebes zweckmäßigerweise dadurch berücksichtigt
werden, daß der Schalter zur Steuerung der Impulsfolge oder der Spannungszeitfläche der vom Schalter
erzeugten impulse in Abhängigkeit vom Laststrom gesteuert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es ieigt
F i g. 1 die Grundschaltung,
F i g. 2 eine Ausführung der Drossel (Aufriß), F i g. 2a den Grundriß der Drossel,
F i g. 3 die Magnetisierungskurve der Drossel für zwei Belastungsfälle,
F i g. 4,5 und 6 verschiedene Ausführungen des in der
Schaltungsanordnung vorgesehenen Schalters,
F i g. 7, 8 und 9 Schaltungen mit Schutz gegen Spannungsüberhöhungen.
Die mittels eines periodisch ein- und ausgeschalteten Schalters aus einer Gleichspannungsquelle erzeugten
impulse bewirken eine Aufmagnetisierung der Drossel L in F i g. 1, deren Fluß 0 dabei ansteigt. Ein schwacher
Mindestimpuls, z. B. mit 0,3 Vsec Spannungszeitfläche, schiebt den Arbeitspunkt auf der durch eine Isthmuseinlage
im Luftspalt der Drossel (Fig.2) knickförmig
gestalteten Magnetisierungskurve (F i g. 3) von Null bis an den Knick, ohne dabei einen nennenswerten Strom
zu erzeugen (Kurve a in F i g. 3). Die Drossel (F i g. 2)
besteht aus zwei Spulen (Sp 1 und Sp 2) und aus gewickelten Bändern verschiedener Breite (B 1 und B2),
die, um einen Luftspalt zu erzeugen, aufgeschnitten sind
und eine Irthmuseinlage /faufweisen. In der Impulspause
wird die Drossel L abmagnetisiert, wobei sich der
iq Stromkreis über den Verbraucher B und die nun
ieitföhige Freilaufdiode D schließt Es ergibt sich z. B.
bei einer Gegenspannung von 30VoIt wenn zur Äbmagnetisierung der Drossel L eine Zeit von
0,01 Sekunden gebracht wird: 30 V · 0,01 see
= 03 Vsec d. h. die oben ausgeführte Spannungszeitfläche
des Mindestimpulses. Bei Vollaussteuerung schiebt sich der Arbeitsbereich zur Gänze über den Isthmusknick
der magnetischen Kennlinie in Richtung Sättigung (Kurve 6 in Fig.3). Bei der in Fig.2 dargestellten
Drossel ergibt sich bei Vollast eine Stromwelligkeit von etwa 25%. Durch die Gestaltung der Isthmuseinlage (IE)
ist es möglich, einen stetigen Übergang in der Neigung der magnetischen Kennlinie zu erzielen. Durch den sich
ändernden Anstieg der magnetischen Kennlinie ist es möglich, zu verhindern, daß ein kleiner Strommittelwert
mit Stromimpulsen großer Stromzeitfläche und niederer Frequenz erreicht werden muß. (Es würde z. B. ein
Flimmern von Lampen auftreten). Die Erfindung ergibt bei kleinen Strommittelwerten eine höhere Frequenz,
als sie ohne die erfindungsgemäß ausgebildete Drossel erforderlich wäre, und damit eine geringere Stromoberwelligkeit
im Bereich kleiner Lastströme. Im Bereich des Laststromes ist der Anstieg der Magnetisierungskurve geringer, die auftretenden Stromschwankungen
wirken sich aber wegen des größeren Gesamtstromes prozentual geringer aus.
Der Schalter kann z. B. aus einer Anordnung von Transistoren 7"(z. B. Fig.4) oder löschbaren Thyristoren
bestehen. Wird, was bei größeren Leistungen empfehlenswert ist als Schalter ein nicht direkt, d. h.
durch Beeinflussung einer Steuerelektrode, löschbarer Thyristor verwendet so wird in bekannter Weise eine
Ergänzung zur Zwangslöschdng vorgesehen, wie das z. B. beim Gleichstromsteiler gemäß F i g. 5 der Fall ist
der als Gleichstromumrichter mit Frequenz- und/oder Pulsdauerbeeinflussung anzusprechen ist. Bei dieserr
Gleichstromsteller wird zunächst der Löschthyristor Th 2 gezündet, so daß sich der Kondensator C über den
Verbraucher B auf die Batteriespannung auflädt. Wenn der Ladevorgang beendet ist geht der Thyristor Th 2
infolge Unterschreiten des Haltestrcmes wieder in den gesperrten Zustand. Wird der Hauptthyristor Th 1
gezündet, so treibt die Batteriespannung einen Strom über den Verbraucher B. Gleichzeitig mit dem
Hauptthyristor Th 1 zündet der Hilfsthyristor Th 3, und der Kondensator C lädt sich über die Thyristoren Th 1
und Th 3 und die Induktivität L 1 um. Soll nach einiger Zeit der Strom im Hauptthyristor Th 1 unterbrochen
werden, so wird der Löschthyristor Th 2 gezündet. Dadurch legt sich die Kondensatorspannung als
negative Anoden-Kathodenspannung an den Hauptthyristor Th 1. Ist die Zeit, während der die Spannung am
Hauptthyristor Th 1 negativ ist, ausreichend lang, so gewinnt er seine positive Sperrfähigkeit wieder.
Während der Sperrzeit des Hauptthyristors Th 1 kann der Laststrom /über die Freilaufdiode D weiterfließen.
Wenn man die Zündzeitpunkte des Thyristors Th 1 gegenüber denen des Thyristors Th 2 zeitlich verschiebt.
so ändert sich die Spannungszeitfläche der Impulse Die Drossel L 2 und die Diode D\ gewährleisten ei«
sicheres Arbeiten der Schaltung in bezug auf die Löschung des Hauptthyristors Th 1.
Statt die Impulse direkt durch ein*a Schalter S
{Löschthyristor) zu beenden, kann hierzu ein Schwingvorgang verwendet werden, der beim Einschalten der
Impulse jeweils ausgelöst wird. In der Schaltung F i g. 6 wächst nach Zündung des Thyristors Th 4 4er Strom
über die Drossel L 4 zunächst linear auf den Laststrom / ip an. Anschließend führen die Drossel L 4 und der
Speicherkondensator C eine Viertelschwingung aus. während welcher die Spannung am Speicherkondensator
C cosinusartig auf Null sinkt Der Strom über die Drossel L 4 steigt dabei auf einen den Laststrom /
wesentlich übersteigenden Maximalwert an. Entsprechend steigt die Spannung an der Freflaufdiode D nach
anfänglichem Verharren auf Null bis auf die Spannung der Gleichspannungsquelle an. Weiterhin gibt die
Drossel L 4 ihre Energie bei sinkendem Strom gleicher Richtung an den sich jetzt umpolenden Speicherkondensator
Cab, jedoch nur teilweise, da die Diode Dl
leitend wird und die Drossel L 3 Strom zu führen beginnt Der Strom über die Drossel L 3 ist wegen
L3 > LA wesentlich geringer als der Strom über die
Drossel L 4. Bei diesem Vorgang schwingt die Spannung an der Freilaufdiode D über die Spannung U an der
Gleichstromquelle hinaus bis ungefähr gegen die doppelte Spannung der Gleichstromquelle. Wenn der
Strom über die Drossel L 4 Null geworden ist, liegt die Spannung des Speicherkondensators Cim Sperrsinn am
Thyristor 77? 4. Der Speicherkondensator C wird nun durch den Strom über die Drossel L 3 und den
Laststrom / umgeladen, und zwar nach einem Ausschnitt einer Sinuskurve Die Spannung am
Speicherkondensator C sinkt weiter ab, die Freilaufdiode D wird wieder leitend. Eine kurz« Zeitspanne leitet
auch noch die Diode D 2. wobei jetzt die Spannung an der Drossel L 3 ansteht und der Strom über die Drossel
zeitliae&r auf Null sinkt Solche Anordnungen haben
günstige Ventilbeanspruchungen insbesondere bei Störungen der Steuerung oder Stromversorgung, so daß sie
sehr betriebssicher arbeiten.
Weiter kann ein Schutz der Belastung gegen Spannungserhöhungen nach Lastreduktion oder Lastunterbrechung
zufolge der Tendenz der Siebdrossel, den Strom bei Widerstandsänderungen zunächst aufrechterhalten,
vorgesehen werden. Ein entsprechend bemessener, zur Last D paralleler spannungsabhängiger
Widerstand in Form eines SrC-Oberspannungsableiters O ( F t g. 7) oder von Zenerdioden ο Jer gewöhnlichen
Halbleiterdioden mit Gegenspannung oder im Sperrdurchbruch arbeitend kann die Lastspannung auf ein
vorbestimmtes Höchstmaß beschränken. Statt dessen kann die Oberspannung auch verhindert werden durch
einen Quertransistor Tr(Fig.8),dessen Basisspannung
durch eine Zenerdiode Z stabilisiert ist und durch welchen bei plötzlicher Entlastung ein Hilfswiderstand
R die Last B ersetzt. Weiter kann die Oberspannung auch verhindert werden durch einen Querthyristor Th
(Fig.9) mit oder ohne Begrenzungswiderstand mit einer Steuerung S durch Lastüberspannung und einem
KC-Glied R, C und Knrzschlußbehebung durch Gittersperrung.
Bei dieser Schaltung wird die Lastseite bei geeigneter Beeinflussung der Steuer- bzw. Zündelektrode
mehr oder weniger kurzgeschlossen, bis durch Eingreifen eines Reglers die Sollspannung wiederhergestellt
ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine niedrigere Gleichspannung mißels dues periodisch ein- und ausschaltfeare» Schalters, der zusammen mit einer mit ihm in Reihe geschalteten Drossel in Reihenschaltung mit dem Gleichspannungseingang und der Last liegt, und einer parallel zur Reihenschaltung aas der Drossel und der Last liegenden Freilaufdiode, dadurch gekennzeichnet, <iaß die. Drossel eine knickförmige Magnetisieran^skurve derart |ufwjeist, daß bei vollem Laststrom der Arbeitsbereich im geknickten Teil der Magnetisierungskurve liegt
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT1081267A AT282761B (de) | 1967-11-30 | 1967-11-30 | Schaltung zur Gleichspannungsumwandlung |
AT1081267 | 1967-11-30 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1810646A1 DE1810646A1 (de) | 1969-07-10 |
DE1810646B2 DE1810646B2 (de) | 1975-11-06 |
DE1810646C3 true DE1810646C3 (de) | 1977-02-24 |
Family
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