DE1947981A1 - Symmetrischer Schaltkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft symmetrische Schaltkreise. Insbesondere betrifft sie eine Steuerstromanordnung für symmetrische Schaltkreise.

Symmetrische Schaltkreise umfassen ein erstes und zweites Schalterelement, welche abwechselnd stromführend gemacht werden. Solche Schaltungen haben viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in Umkehrschaltungen. Jedoch können sie auch beispielsweise in solchen Anwendungen verwendet werden, bei denen Tonfrequenzen durch digitale Methoden erzeugt werden.

In einer typischen Umkehrsehaltung sind zwei Transistoren mit ihren Emitter-Kollektorschaltkreisen in Reihe zwischen

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dem positiven und dem negativen Anschluß einer Gleichspannungsquelle geschaltet. Die Transistoren werden abwechselnd eingeschaltet, um im Wechsel den positiven und den negativen Anschlußpunkt mit einem Ausgangsanschluß zu verbinden. Auf diese Weise erhält man aus einer Gleichspannungsquelle ein Wechselspannungsausgangssignal.

Um die Umschaltung zu bewirken, wird eine Steuerstromanordnung verwendet, um den Basen der Transistoren Strom zuzuführen. Die Steuerstromanordnung muß während abwechselnder Halbperioden im Betrieb der Umkehrsehaltung Antriebsströme entgegengesetzter Polarität liefern. Zusätzlich dazu kann ein regenerativer Antrieb vorgesehen werden, um die Inverterschaltung mit gutem Wirkungsgrad zu betreiben. Bei einer Anordnung mit regenerativem Antrieb wird der von einem Transistor zu der Ausgangsklemme fließende Laststrom durch einen Stromtransformator an die Basen der Transistoren gekoppelt. Das Windungsverhältnis dieses Transformators kann so gewählt werden, daß nur soviel Antriebsstrom geliefert wird, wie notwendig ist, um den Stromdurchgang in dem während jeder Halbperiode eingeschalteten Transistor aufrechtzuerhalten. Ein regeneratives System erfordert weniger Leistung zum Antrieb der Transistoren als ein System, in dem den Basen der Transistoren ein konstanter Strom zugeführt wird.

Es ist relativ einfach, einen geeigneten Antriebsstrom vorzusehen, so daß ein Transistor in Durchlaßrichtung vorgespannt und der andere Transistor gesperrt wird. Es ist jedoch schwieriger, eine zuverlässige Anordnung für den regenerativen Antrieb und für die Kommutierung zu erhalten. In der Vergangenheit ist es notwendig gewesen, eine Anzahl von magnetischen Vorrichtungen, beispielsweise Stromtransformatoren, vorzusehen, um die notwendige Kopplung zwischen dem Last- . strom und den Basen der Transistoren für den regenerativen Antrieb sowohl unter den Bedingungen einer induktive!} als auch einer kapazitiven Last zu erhalten. Weiterhin waren

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empfindliche Abgleiche der Schaltung notwendig, um für verschiedene nacheilende Transietorantriebsströme Stromwege mit geringer Impedanz zu erhalten. Beispielsweise ist es notwendig gewesen, eine Windung kurz zu schließen, was einen nacheilenden Antriebsstrom ergibt, der einen Transistor am Ende einer Halbperiode weiter eingeschaltet hält.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen symmetrischen Schaltkreis mit einer -Steuerstromanordnung zu liefern, in der eine einzige magnetische Vorrichtung erforderlich 1st, u· die Kopplung des Antriebsstroms, die Kopplung des regenerativen Antriebs und die Kommutierungsfunktionen auszuüben.

Kurz gesagt, wird nach der vorliegenden Erfindung eine Steuerst romanordnung für einen symmetrischen Schaltkreis erhalten, In dem eine einzige magnetische Vorrichtung dazu benützt wird, um die gewünschten Ströme an die Schalterelemente zu koppeln, so daft eine richtige Steuerspannung, eine richtige Kopplung des regenerativen Antriebs und eine richtige Kommutierung gewährleistet werden. Abwechselnd stromführende Transistoren werden dasu benutzt, um jeweils die positiven und negativen Anschluftklemmen einer Gleichstromquelle mit einer Last zu verbinden. Die magnetische Vorrichtung koppelt zuerst den Antriebsstrom so, daß ein Transistor eingeschaltet wird und der andere Transistor gesperrt wird. Wenn der Stromdurchgang durch einen Transistor erst hergestellt ist, dann koppelt die magnetische Vorrichtung den Laststrom so auf die Schalterelemente, daß sich der regenerative Antrieb ergibt. Wenn sich die Polarität des Magnetstroms umkehrt, koppelt die magnetische Vorrichtung den Antriebsstrom so auf die Transistoren, daft man die richtige Kommutierung erhält.

Die nachstehenden Abbildungen und die zugehörige Beschreibung enthalten eine beispielhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung.

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Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung aufgebauten symmetrischen Schaltkreises mit Einwegausgang.

Figur 2 ist ein Zeitdiagramm der in der Schaltung der Figur bei ohm'scher Belastung erzeugten Wellenform.

Figur 3 ist ein Zeitdiagramm der in der Schaltung nach

Figur 1 bei eijier Last mit Voreilung erzeugten Wellenform.

Figur 4 ist ein Zeitdiagramm der in der Schaltung nach Figur bei Last mit Nacheilung erzeugten Wellenform.

Figur 5 ist eine schematische Darstellung einer Inverterschaltung, die die symmetrische Schaltkreisanordnung der Figur 1 verwendet.

Figur 6 ist eine schematische Darstellung einer symmetrischen Schaltanordnung mit Einwegausgang, die nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und zwei Komplementärtransistoren enthält.

Figur 7 ist eine schematische Darstellung einer symmetrischen Schaltanordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und einen Ausgang mit Mittelabgriff besitzt.

In der Figur 1 besteht die Schaltanordnung aus einer Antr.iebsschaltung 30, welche den Strom zur Auslösung des Umschalt Vorganges liefert und einer Ausgangsschaltung 10. Die Ausgangsschaltung 10 ist an eine Potentialquelle alt einem einseitig gerichteten Potential mit Hilfe eines positiven Anschlusses 11 und eines negativen Anschlusses 12 verbunden. Zwischen den Anschlußpunkten 11 und 12 sind das erste und das zweite Schalterelement, der PNP-Transistor 13 und der

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PNP-Transistor 14 verbunden und werden abwechselnd eingeschaltet, um die an den Anschlußpunkten 11 bzw. 12 erscheinenden Potentiale an einen mittleren Anschluß 17, an einen Ausgangsanschluß 18 und an einen Verbraucher 19 zu koppeln. Der Emitter des Transistors 13 ist mit dem positiven Anschluß 11 verbunden und der Kollektor des Transistors 13 ist mit dem mittleren Anschluß 17 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Emitter des Transistors 14 mit dem mittleren Anschluß 17 verbunden und der Kollektor des Transistors 14 ist mit dem negativen Anschluß 12 verbunden.

Die symmetrische Schaltanordnung enthält weiterhin eine einzige magnetische Vorrichtung in Form eines Stromtransformators 20. Eine Wicklung 21 des Stromtransformators 20 ist zwischen den Anschlußpunkt 17 und den Ausgangsanschluß 18 geschaltet, so daß der Verbraucherstrom durch sie fließt. Aus diesem Grunde wird die Wicklung 21 nachstehend als Laststromwicklung bezeichnet. Der regenerative Antriebsstrom wird aus dieser Laststromwicklung 21 auf die Basen der Transistoren 13 und 14 gekoppelt. Der Basis des Transistors 13 wird der Antriebsstrom mit Hilfe einer in dem Stromtransformator 20 enthaltenen Antriebswicklung 22 und eines Strombegrenzungswiderstandes 23 zugeführt, welche in Reihe mit der Emitter-Basisschaltung des Transistors 13 geschaltet sind. In ähnlicher Weise sind eine Antriebswicklung 24 des Stromtransformators 20 und ein Widerstand 25 zur Strombegrenzung in Reihe in die Emitter-Basis-Schaltung des Transistors 14 geschaltet. Die Antriebswicklungen 22 und 24 sind entgegengesetzt zueinander gepolt. Wenn daher ein einziger Strom auf die Wicklungen 22 und 24 gekoppelt wird, erscheinen über den Transistoren 13 und 14 Spannungen entgegengesetzter Polarität. In dieser Anordnung wird der Zustand eines direkten Kurzschlusses zwischen den Anschlußklemmen 11 und 13 verhindert, da die Transistoren 13 und 14 nicht gleichzeitig stromführend sein können.

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Bs ist eine Diode 28 vorgesehen, deren Anode mit dem Ausgangsanschluß 18 und deren Kathode mit dem positiven Anschluß 11 verbunden ist. Außerdem ist eine Diode 29 vorhanden, deren Anode mit dem negativen Anschluß 12 und deren Kathode mit dem Ausgangsanschluß 18 verbunden sind. Diese Dioden 28, 29 sind "Rückpump"-Dioden, welche bei einer reaktiven Belastung die Rückkehr von voreilenden oder nacheilenden Strömen zu der Quelle gestatten.

Die Konfiguration der Ausgangsschaltung 10, in der erste und zweite Schalterelemente, die Transistoren 13 und 14, zwischen Ψ einem Paar von Anschlußklemmen einer Potentialquelle, den

Anschlüssen 11 und 12, geschaltet sind, um einen Ausgang von einem der Anschlüsse auf einen mittleren A xuß 17 und einen Ausgangsanschluß 18 zu schalten, wird üblicherweise eine Einweganordnung genannt.

In der Schaltung nach Figur 1 sind PNP-Transistoren 13 und in der Ausgangsschaltung 10 enthalten. Es können infolge ihrer niedrigen erforderlichen Einschaltleistung und ihrer niedrigeren Anforderung an den Antriebsstrom ohne weiteres Germanium-PNP-Transistoren verwendet werden. Für Hochspannungsanwendungen werden jedoch bequemerweise Silizium-NPN-Transistoren verwendet.

Der¹ Antriebsstrom zum Schalten der Transistoren 13 und 14 wird aus der Treiberschaltung 30 auf die Ausgangsschaltung gekoppelt. Die Treiberschaltung 30 liefert einen Antriebsstrom, welcher sich beim Beginn jeder Halbperiode im Betrieb der Schaltung in seiner Polarität umkehrt. Die Treiberschaltung 30 umfaßt eine Anordnung mit Mitteläbgriff, bei welcher der Treiberstrom dem Mittelabgriff einer Treiberstromwicklung 31, die in dem Stromtransformator enthalten und in die Treiberschaltung 30 eingefügt ist, zugeführt wird. Der Mittelabgriff der Wicklung 31 ist über einen Widerstand 34 zum Spannungsabfall mit dem positiven Anschlußpunkt 32 einer nicht gezeigten einseitig gerichteten Potentialquelle verbunden.

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' ORiGiNAL INSPECTED

Der Strom fließt über einen negativen Anschlußpunkt 33 zu der Quelle zurück. Zwischen das eine Ende der Wicklung 31 für den Treiberstrom und den negativen Anschlußpunkt 33 sind die Emitter-Kollektorschaltung eines NPN-Transistors 35 und eine Diode 36 geschaltet. In ähnlicher Weise sind zwischen das andere Ende der Wicklung 31 und den negativen Anschlußpunkt 3D die Emitter-Kollektorschaltung eines NPN-Transistore 37 und eine Diode 38 in Reihe geschaltet. Komplementäre rechteckförmige Triggersignaie werden der Basis der Transistoren 35 und 37 aus einer nicht-gezeigten Impulsquelle zugeführt. Die Frequenz der Impulsquelle wird so gewählt, daß sie gleich der Frequenz ist, mit welcher der Betrieb des Transistors 37 gewünscht wird. Wenn der Transistor 35 stromdurchlässig gemacht wird, wird der Transietor 37 gesperrt.

Am Beginn jeder Halbperiode ändern die Transistoren 35 und 37 ihren Schaltzustand. Es sei angenommen, daß der Basis des Transistors 35 ein positiver Rechteckimpuls zugeführt wird, um ihn einzuschalten. Zur gleichen Zeit wird der Basis des Transistors 37 ein negativer Rechteckimpuls zugeführt, um ihn zu sperren. Der Strom fließt dann aus dem positiven Anschlußpunkt 32 durch den Widerstand 34 zu der Wicklung 31 für den Antriebsstrom. Der Strom fließt aus dem mit dem Punkt bezeichneten Ende der Wicklung 31 heraus und wird durch die Diode 36 und den Transistor 35 dem negativen Anschluß 33 zugeführt. Infolge der Richtung des Stromflusses ist das mit einem Punkt versehene Ende der Wicklung 31 negativ bezüglich des anderen Endes. Dieser durch die Wicklung 31 fließende Antriebsstrom wird durch die Antriebswicklungen 22 bzw. 24 den Basen der Transistoren 13 bzw. 14 zugeführt.

Das mit einem Punkt versehene Ende der Wicklung 24 ist an die Basis des PNP-Transistors 14 angekoppelt, um der Basis einen negativen Strom zuzuführen und den Transistor einzuschalten. Gleichzeitig ist die Wicklung 22 so gepolt, daß sie einen positiven Strom durch den Widerstand 23 koppelt,

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BAD ORiGlNAL

so daß an dem Transistor 13 eine entgegengesetzte Spannung angelegt wird, um ihn zu sperren. Es muß lediglich ein genügend großer Antriebsstrom geliefert werden, der zur Auslösung des Anfangsstromes des Transistors 14 ausreichend ist.

Wenn die Belastung eine obm*sehe Belastung ist, schaltet sich der Transistor 14 sofort ein. Wenn der Transistor 14 einmal stromführend ist, dann ist der negative Anschlußpunkt 12 mit der Last 19 gekoppelt. Der Lastetrom fließt durch den Transistor 14, den Anschlußpunkt 17 und die Laststromwicklung 21 zu der Last 19. Da das mit dem Punkt versehene Ende der Wicklung 21 an den negativen Anschlußpunkt 12 gekoppelt ist, ist dieses Ende negativ gegenüber dem anderen Ende. Der Laststrom wird jetzt von der Wicklung 21 auf die Wicklungen 22 und «24 gekoppelt. Die Windung 21 ist so gepolt, daß den Basen der Transistoren 13 und 14 ein Strom zugeführt wird, der in der gleichen Richtung fließt, wie der durch die Wicklung 31 für den Antriebsstrom gekoppelte Strom. Auf diese Weise wird ein regenerativer Antrieb für die Transistoren 13 und 14 erhalten. Bei reaktiver Last arbeitet die Schaltung ähnlich. Wenn die Last voreilend oder kapazitiv ist, dann führt der Transistor 14 sofort Strom. Die Diode 29 liefert einen Rückflußweg für den Strom von der Last zu der Stromquelle, während der Transistor 14 stromführend ist. Wenn die Last nacheilend oder induktiv ist, dann liefert die Diode 29 einen Rückflußweg für den nacheilenden Strom zu der Last, bevor der Laststrom durch den Transistor 14 zu fließen beginnt.

Der oben beschriebene Stromfluß durch die Transistoren 13 und 14 und die Dioden 28 und 29 in Abhängigkeit von der Zeit während der Schaltperiode ist teilweise aus den Figuren 2, 3 und 4 ersichtlich. Figur 2 ist ein Zeitdiagramm für die Schaltung bei obm*scher Last. Die Figuren 3 und 4 stellen Zeitdiagramme für die Schaltung bei reaktiver Last dar. Figur 3 ist ein Zeitdiagramm für eine voreilende oder kapazitive Belastung und Figur 4 ist ein Zeitdiagramm für eine nacheilende oder Induktive Belastung. Der Teil a der Figuren

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2, 3 und 4 stellt den Antriebsstrom dar, der dem Transistor 35, welcher In der Antriebsschaltung 30 enthalten 1st, zugeführt wird. Der Teil b stellt den Laststrom dar. Die Teile c bis einschließlich f der Figuren 2, 3 und 4 stellen den Stromfluß in dem Transistor 14 bzw. der Diode 29 bzw. dem Transistor 13 bzw. der Diode 28 dar.

Zusätzliche Vorteile der in Figur 1 gezeigten Schaltung werden durch die Abbildungen 2, 3 und 4 verständlich. Es wird bemerkt, daß während des Teiles Jeder Halbperiode, in dem der Laststrom ausreichend ist, um einen regenerativen Antrieb für die Transistoren 13 und 14 zu liefern, der durch die Wicklung 31 gelieferte Antriebsstrom überflüssig ist. Der Wirkungsgrad der Schaltung wird erhöht durch Entkoppeln der Antriebswicklung 31 von dem Transistor 35 während dieses Teils jeder Halbperiode. Wenn die Wicklung 31 entkoppelt wird, dann hört die AntriebssehaItung 30 auf Strom zu ziehen.

Die Wicklungen 21, 22, 24 und 31 sind alle in dem Stromtransformator 20 enthalten und sind untereinander verkoppelt. Daher koppelt die Laststromwicklung 20, während sie den Strom für den regenerativen Antrieb auf die Wicklungen 22 und 24 koppelt, auch den Strom auf die Wicklung 31 für den Antriebsstrom. Zu dem Zeitpunkt, wo der Strom durch die Wicklung 21 ausreichend groß wird, um einen regenerativen Antrieb zu liefern, wird er ausreichend groß um in der Wicklung 31 eine solche Spannung zu induzieren, daß die Richtdiode 36 die Wicklung 31 von dem Transistor 35 entkoppelt. Diese Arbeitsweise wird in der folgenden Weise erreicht. Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß der Transistor 35 (Figur 2a) stromführend gemacht wird, wenn ihm das positive rechteckförmige Basissignal zugeführt wird. Da praktisch kein Spannungsabfall über der Diode 36 und dem Transistor 35 herrscht (Figur 2g), sind die Anode und die Kathode der Diode 36 auf dem gleichen Potential wie die negative Anschlußklemme 33. Die Spannung über dem mit dem Punkt versehenen Ende der Wicklung 31 und

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-10-dem Anschluß 33, V_d>ist Null (Figur 2h). Wenn sich jedoch der durch die Wicklung 21 fließende Strom erhöht, wird ein zusätzlicher Strom durch die Wicklung 31 induziert und bewirkt, daß das Potential an der Anode der Diode 36 unter das Potential an der Kathode geht. Wenn dies geschieht, dann wird V^ negativ, die Diode 38 wird gesperrt und entkoppelt die Wicklung 31 von dem Transistor 35. Die Werte der Bauteile können so ausgewählt werden, daß sogar bei einer mäßigen Belastung der Laststrom eine genügend große Spannung liefert, um die Wicklung 31 während des größten Teiles der Halbperiode, in der der Transistor 35 Strom führt, zu entkoppeln.

Die vorliegende Anordnung ist auch besonders vorteilhaft, darin, daß sie eine zuverlässige Kommutierung liefert. Die Kommutierung ist eine relativ einfache Angelegenheit, wenn die Last eine ohm'sche Belastung oder eine voreilende Last ist. Wie aus den Figuren 2c und 3c ersichtlich, fließt durch den Transistor 14 kein Laststrom. Daher wird der Wicklung kein Strom zugeführt, welcher gekoppelt würde und einen Antrieb für den Transistor 14 ergeben würde, wenn es erwünscht ist, ihn zu sperren. Im Falle einer nacheilenden Belastung ist die Kommutierung jedoch schwieriger. Wie aus Figur 4d ersichtlich, fließt von dem Transistor 14 durch die Wicklung ein Strom, der dazu neigen würde, den Transistor 14 stromführend zu halten. Dieser Strom muß von der Wicklung 21 entfernt werden. Es sei nun angenommen, daß die Schaltung in der Halbperiode arbeitet, in der der Transistor 37 und der Transistor 13 stromführend sind. Die Kommutierung ist vorhanden, um den Transistor 13 zu sperren und den Transistor .14 stromführend zu machen. Unmittelbar vor dem Ende, der Halbperiode fließt aus dem positiven Anschluß 11 durch den Transistor 13 und die Wicklung 21 zu der Last 19 ein positiver Strom. Da der Laststrom in das mit dem Punkt versehene Ende H fließt, ist dieses Ende positiv. Infolge der

^^^deiiv.'W.ickliingen 21. und 31 ist die Spannung am mit^emJ^uiktyersehenen J^de der Wicklung 31 und JLniolge-. dessen die Κρ11^Ηΐ^ΟΓ8Ρ^αηηιιηε des Transistors 35 positiv und

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groß. Wenn der Transistor 35 eingeschaltet wird und der Transistor 37 durch die rechteckfömlge Triggerspannung gesperrt wird, dann wird die Spannung über der Wicklung 21 gewaltsam umgekehrt. Sie wird durch den Kollektorstrom des Transistors 35 aufgehoben, welcher auch den Strom darstellt, der jetzt durch die wicklung 31 fließt.

Wie zuvor wird Strom gekoppelt, um den Transistor 13 zu sperren und den Transistor 14 stromführend su machen, da der Transistor 35 stromführend 1st. Wie aus Figur 4d ersichtlich, fließt Strom durch die Diode 29, wenn der Transistor 14 zuerst eingeschaltet wird. Der Laststrom würde also dazu neigen, durch den Transistor 14 in der umgekehrten Richtung und durch die Wicklung 21 in einer solchen Richtung eu fließen, daß der Transistor 14 gesperrt würde. Die Größe des in der Kollektorbasisstrecke des Transietors 14 fließenden Lastet ross wird Jedoch durch den Widerstand 25 begrenzt. Der Laststrom durch die Wicklung 21 wird durch den von der Wicklung 31 gekoppelten Antriebsstrom mehr als aufgehoben. Man erkennt, daß die zuverlässige Kommutierung einfach dadurch erreicht wird, daß ein einziger Stromtransformator 20 mit Wechselwirkung der in den Wicklungen fließenden Strome verwendet wird. Es sind keine empfindlichen Abgleichanordnungen erforderlich, wie beispielsweise die Einfügung eines Stromweges mit geringer Impedanz, um den nacheilenden Laststrom von den Basen der Transistoren 13 und 14 zu entfernen.

Der symmetrische Schaltkreis der Figur 1 ist besonders gut geeignet zur Verwendung in einer Umkehrschaltung, wie sie in Figur 5 gezeigt 1st. Die Umkehrschaltung der Figur 5 besteht aus einer ersten und zweiten Stromtreiberschaltung 30 und 30* und einer ersten und zweiten Ausgangsschaltung IO und 10*. Zur Bezeichnung von Elementen, die den Elementen der Figur 1 entsprechen, werden in den Schaltungen 10 und 30 die gleichen Bezugszeichen, und in den Schaltungen 10* und 30* werden mit einem * !eichen versehene Zahlen verwendet. Beide Ausgangs-. schaltungen 10 und 10* sind über den positiven und den

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negativen Anschlußpunkt 11 und 12 einer einseitig gerichteten Potentialquelle geschaltet (nicht dargestellt). Jede dieser Schaltungen arbeitet in der gleichen Weise wie die in Figur gezeigte Schaltung. Die Last 19 ist zwischen den Ausgangsklemmen 18 und 18* verbunden. Die Antriebsschaltungen 30 und 30^f arbeiten in der gleichen Weise wie die Antriebsschaltung 30 in Figur 1. Für die Antriebsschaltungen 30 und 30* sind jedoch getrennte Triggersignalquellen für Rechteckwellen vorgesehen. Eine solche Anordnung ist höchst vorteilhaft, wo es erwünscht ist, der Last 19 eine geregelte Spannung zu liefern.

Die Ausgangsschaltungen 10 und 10* arbeiten gleichzeitig, so daß der Last 19 von den Ausgangsklemmen 18 und 18* gleichzeitige Ausgangssignale zugeführt werden. Jedoch kann die Phasenbeziehung zwischen Eingang für das rechteckförmige Triggersignal für die Antriebsschaltung 30 und die Antriebsschaltung 30* variiert werden. Wenn keine Phasendifferenz zwischen den rechteckf örmigen Eingangssignalen für die Antriebsschaltungen 30 und 30' vorhanden ist, dann erscheinen gleichzeitig an den Ausgangsanschlüssen 18 und 18' gleiche Ausgangssignale. Da die Spannung über der Last 19 gleich der Differenz zwischen den von den Anschlußpunkten 18 und 18* zugeführten Spannungen ist, liegt über der Last 19 keine Spannung. Wenn jedoch die Antriebsschaltungen 30 und 30* um 180° phasenverschoben betrieben würden, dann würden an den Anschlußpunkten 18 und 18* komplementäre Ausgangssignale erscheinen und die Potentialdifferenz über der Last 19 würde gleich dem doppelten Wert des von der einseitig gerichteten Po,tentialquelle gelieferten Potentials sein. Durch Veränderung der Phasendifferenz zwischen den rechteckförmigen Trigger-Eingangssignalen zu den Treiberschaltungen 30 und 30* kann eine kontinuierliche Spannungsregelung in dem Inverter erzielt werden.

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Die in der Figur 1 und Figur 5 gezeigten Anordnungen verwenden Germanium-PNP-Transistoren. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung solcher PNP-Transistoren beschränkt. In Anwendungsfällen, in denen die Charakteristik der PNP-Transistoren nicht erforderlich ist, kann die in der Figur 6 gezeigte Anordnung mit komplementären Transistoren verwendet werden. Diese Schaltung kann infolge ihrer Einfachheit wünschenswert sein.

Bei der Schaltung nach Figur 6 wird eine Treiberschaltung 30 verwendet, um den Antriebsstrom auf eine Ausgangsschaltung einzukoppeln. Die Treiberschaltung 30 ist in ihrem Aufbau und ihrer Betriebsweise identisch mit der Treiberschaltung 30 der Figur 1. Demgemäß werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um entsprechende Bauteile der Schaltung zu bezeichnen. Die Schaltung nach Figur 6 verwendet einen Stromtransformator 60.

Die Ausgangsschaltung 50 ist über eine einseitig gerichtete Potentialquelle (nicht gezeigt) mit Hilfe einer positiven Anschlußklemme 51 und einer negativen Anschlußklemme 52 geschaltet. Die Ausgangsschaltung 50 verbindet abwechselnd die Anschlußpunkte 51 und 52 mit einem Ausgangsanschlußpunkt 53. Die Schaltelemente umfassen einen NPN-Transistor 55 und einen PNP-Transistor 56, deren Emitter-Kollektor-Schaltkreise in Reihe zwischen den Anschlußpunkten 51 und 52 geschaltet sind. Der Kollektor des Transistors 55 ist mit der positiven Anschlußklemme 51 und der Emitter ist mit einem Anschlußpunkt 57 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Kollektor des Transistors 56 mit der negativen Anschlußklemme 52 und der Emitter mit dem Anschlußpunkt 57 verbunden. Eine Antriebswicklung 61 des Stromtransformators 6O ist in die Emitter-Basisschaltung der beiden Transistoren 55 und 56 in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 62 geschaltet. Das mit dem Punkt versehene Ende der Wicklung 61 ist mit dem Widerstand 62 und das andere Ende mit dem Anschlußpunkt 57 verbunden. Der

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Widerstand 62 ist mit der Basis der Transistoren 55 und 56
verbunden. Der Antriebsstrom wird aus der Antriebswicklung
Jl auf die Wicklung 61 gekoppelt. Um einen regenerativen Antrieb zu erhalten, ist eine Laststromwicklung 65 des Stromtransformators 60 in Reihe zwischen den Anschlußpunkt 57 und den Ausgangsanschlußpunkt 53 geschaltet. Eine "Rückpumpdiode" 66 ist zwischen den Ausgangsanschluß 53 und den positiven Anschlußpunkt 51 geschaltet. In ähnlicher Weise ist
eine "Rückpumpdiode" 67 zwischen den Ausgangsanschluß 53 und den negativen Anschlußpunkt 52 geschaltet.

Die Ausgangsschaltung 50 arbeitet in einer ähnlichen Weise
wie die Ausgangsschaltung 10 der Figur 1. Da jedoch komplementäre Transistoren verwendet werden, ist nur eine Wicklung 61 erforderlich, um einen der Transistoren 55 oder 56 zu sperren und den anderen einzuschalten. Wie oben erläutert, fließt, wenn der Transistor 35 in der Antriebsschaltung 10 eingeschaltet wird, der Strom in der Wicklung 31 in einer solchen Richtung, daß das mit dem Punkt versehene Ende negativ gegenüber dem anderen Ende ist. Daher koppelt die Wicklung 61
negativen Strom auf die Basen der Transistoren 55 und 56.
Der PNP-Transistor 56 wird eingeschaltet und der NPN-Transistor 55 wird gesperrt. Die weitere Arbeitsweise der Schaltung verläuft dann so wie die der Schaltung der Figur 1. Der negative Anschlußpunkt 52 wird während der Dauer der Halbperiode an den Ausgangsanschlußpunkt 53 gekoppelt. Während der nächsten Halbperiode wird der positive Anschlußpunkt 51 an den
Ausgangsanschluß 53 geschaltet.

Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch eine
Antriebsschaltung vom Brückentyp und eine Ausgangsschaltung
mit einem Mittelabgriff enthalten.

Wie aus Figur 7 ersichtlich, wird eine Vollweg-Brücken-Treiberschaltung 70 verwendet, um den SchaItVorgang in einer mit Mittelabgriff versehenen Ausgangsschaltung 90 auszulösen.

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Die BrUckenschaltung 70 umfaßt eine Wicklung 71 für den Antriebsstrom, die in Reihe mit einem Spannungsabfallswiderstand 72 über eine Transistorbrücke geschaltet ist. Die Brücke umfaßt auf der linken Seite der Brücke die NPN-Transistoren 75 und 76 und auf der rechten Seite der Brücke die NPN-Transistoren 77 und 78. Die Treiberschaltung 70 ist mit Hilfe eines positiven Anschlußpunktes 79 und eines negativen Anschlußpunktes 80 über eine nicht gezeigte einseitig gerichtete Potentialquelle geschaltet, die den Antriebsstrom liefert. Die Kollektoren der Transistoren 75 und 77 sind an den negativen Anschlußpunkt 79 angeschlossen und die Emitter der Transistoren 75 und 77 sind an entgegengesetzte Enden der Wicklung 71 für den Antriebsstrom gekoppelt. Die Kollektoren der Transistoren 76 und 78 sind an entgegengesetzten Enden der Wicklung 71 für den Antriebsstrom gekoppelt und ihre Emitter sind mit dem negativen Anschlußpunkt 80 verbunden. Eine erste Richtdiode 81 ist zwischen den Emitter des Transistors 77 und das mit dem Punkt versehene Ende der Wicklung 71 für den Antriebsstrom geschaltet und so gepolt, daß sie einen Stromdurchgang von dem Anschlußpunkt 79 zu dem Anschlußpunkt 80 gestattet. Eine Diode 82 ist in ähnlicher Weise gepolt und ist zwischen das mit dem Punkt versehene Ende der Wicklung 71 und den Kollektor des Transistors 78 geschaltet. An die Basis der Transistoren 77 und 76 wird eine erste Rechteckwelle angelegt und eine komplementäre Rechteckspannung wird an die Basen der Transistoren 75 und 78 angelegt. In dieser Weise wird Antriebsstrom mit wechselnder Polarität durch die Wicklung 71 für den Antriebsstrom geliefert. Die Wicklung 71 ist enthalten in einem Stromtransformator 85.

Der Schaltkreis 9O arbeitet so, daß er einen positiven Anschlußpunkt 91 und den negativen Anschlußpunkt 92 miteinander verbindet, die über eine einseitig gerichtete Potentialquelle geschaltet sind (nicht gezeigt), so daß der Strom in wechselnden Richtungen durch eine Ausgantrswicklunfr 93 fließt. Die Ausgangswickluns 93 ist über eine Wicklung 94 an eine Last 95

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gekoppelt. Die Schalterelemente umfassen die NPN-Transistoren 91 und 97, deren Emitter-Kollektor-Schaltkreise parallel über die Anschlußpunkte 91 und 92 geschaltet sind. Eine in dem Stromtransformator 85 enthaltene Antriebswicklung 100 und ein Strombegrenzungswiderstand 101 sind in Reihe zwischen die Basen der Transistoren 96 und 97 geschaltet. Über die Emitter-Basisschaltung des Transistors 96 ist eine Diode 105 geschaltet, um einen Weg mit niedriger Impedanz für den Antrieb der Basis zu liefern, während eine Diode 106 über die Emitter-Basisschaltung des Transistors 86 geschaltet ist.

Um einen regenerativen Antrieb für den Transistor 96 zu erhalten, ist eine Wicklung 102 des Stromtransformators 85 vorgesehen, deren mit dem Punkt versehenes Ende mit dem Kollektor des Transistors 96 verbunden ist und deren anderes Ende mit einem Ende der Ausgangswicklung 93 verbunden ist. In ähnlicherweise ist eine Wicklung 103 des Stromtransformators 85 zwischen den Kollektor des Transistors 97 und das andere Ende der Wicklung 93 geschaltet. Die Wicklung 102 ist entgegengesetzt gepolt wie die Wicklung 103.

Angenommen, die Transistoren 75 und 78 würden durch das rechteckformige Eingangssignal zu den Transistoren eingeschaltet und die Transistoren 77 und 76 würden gesperrt. Der Strom fließt dann aus dem Anschlußpunkt 79 durch den Transistor 75 durch die Wicklung 71 und aus dem mit dem Punkt versehenen Ende der Wicklung heraus. Der Strom kehrt zu dem Anschlußpunkt 79 durch die Richtdiode 82 und den Transistor 78 zurück. Der durch die Wicklung 71 fließende Strom wird auf die Wicklung 100 gekoppelt. Da das mit dem Punkt versehene Ende der Wicklung 71 negativ ist bezüglich des anderen Endes der Wicklung 71, koppelt die Wicklung 100 des Stromtransformators 85 einen positiven Strom auf die Basis des Transistors 96 und eine negative Sperrspannung auf den Transistor 97. Der Transistor 96 wird eingeschaltet und der Transistor 97 wird gesperrt. Wenn einmal der Transistor 96 Strom führt, dann fließt

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der Strom von dem Anschlußpunkt 91 durch die Hälfte der Wicklung 93 zu der Wicklung 102. Der Strom fließt aus dem mit dem Punkt versehenen Ende der Wicklung 102 heraus durch den Transistor 96 zu dem Anschlußpunkt 92.

Die Arbeitsweise der Schaltung verläuft ähnlich zu der der Schaltung nach Figur 1. Der Laststrom fließt jetzt durch die Wicklung 102, welche auf die Wicklung 103 gekoppelt ist, um den regenerativen Antriebsstrom zu liefern. Wenn der Laststrom eine ausreichende Größe hat, dann induziert die Wicklung 102 einen ausreichenden Strom in der Wicklung 71, so daß die Diode 82 die Wicklung 71 von dem Transistor 78 entkoppelt.

Die vorliegende Erfindung kann viele Ausführungsformen annehmen. Beispielsweise kann die in dem symmetrischen Schaltkreis enthaltene Ausgangsschaltung eine Brückenanordnung umfassen. Sie könnte auch eine Anordnung mit Mittelabgriff umfassen.

Es ist ersichtlich, daß die in der vorliegenden Erfindung enthaltene Anordnung höchst zuverlässig ist und ein einziger Stromtransformator mehrere Funktionen ausübt. Zum ersten koppelt er den Antriebsstrom von einer Antriebsschaltung durch einen Schaltkreis, um den Schaltvorgang auszulösen. Er koppelt den Laststrom zum Zwecke des regenerativen Antriebs auf die Schalterelemerite und er koppelt den Kommutierungsstrom ebenfalls auf die Schalterelemente. Die Kommutierung wird vollständig erreicht durch die Stromumkehr an den Basiseingängen der Schalterelemente. Es werden keine empfindlichen Schaltkreisabgleiche gefordert, d.n. für die Schaltströme brauchen keine Nebenschlußwege mit geringer Impedanz vorgesehen zu werden.

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Claims (7)

1. - 18 PATENTANSPRÜCHE

   ι 1.J Symmetrische Schaltanordnung mit einem ersten und zweiten Anschlußpunkt zur jeweiligen Verbindung mit der positiven bzw. negativen Anschlußklemme einer einseitig gerichteten Potentialquelle und einem Ausgangsanschlußpunkt zum Anschluß eines Verbrauchers gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Elemente:

   eines Stromtransformators (20, 20», 60, 85) mit einer Vielzahl von Wicklungen, einer Vorrichtung (30) zur Anschaltung eines Antriebsstroms mit wechselnder Polarität durch eine

   " erste Wicklung(31) des Transformators (20), ein erster und ein zweiter Transistor (13, 14), deren Emitter-Kollektor-Kreise in Reihe zwischen den ersten und zweiten Anschlußpunkt (11, 12) geschaltet sind, eine in dem Stromtransformator (20) enthaltene Kopplungsvorrichtung (22, 24), die mit den Basiskreisen des ersten und zweiten Transistors (13, 14) verbunden ist und so gepolt ist, daß sie den ersten Transistor (13) sperrt und den zweiten Transistor (14) einschaltet, wenn der Antriebsstrom durch die erste Wicklung (31) in einer ersten Richtung fließt und den zweiten Transistor (14) sperrt und den ersten Transistor (13) einschaltet, wenn der Strom durch die erste Wicklung (31) in der entgegengesetzten Richtung fließt, ein mittlerer Anschlußpunkt (17) zwischen dem ersten (13) und dem zweiten Transistor (14) und eine Vorrichtung zur Einschaltung einer zweiten Wicklung (21) des Stromtransformators (20) zwischen den mittleren Anschluß (17) und den Ausgangsanschluß (18), wobei diese zweite Wicklung (21) so gepolt ist, daß sie auf die Kopplungsvorrichtung (22, 24) einen Strom in der gleichen Richtung wie den von der ersten Wicklung (31) eingekoppelten Strom einkoppelt.
2. 2. Symmetrische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zweite Transistor (13, 14) vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind und daß die Kopplungsvorrichtung eine dritte Wicklung

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   (22) des Stromtransformators (20), die mit der Basisschaltung des ersten Transistors (13) verbunden ist, und eine vierte Wicklung (24) des Stromtransformators, die mit der Basisschaltung des zweiten Transistors (14) verbunden ist, umfaßt.
3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (55) und der zweite Transistor (56) von komplementärem Leitfähigkeitstyp sind und daß die Kopplungsvorrichtung eine dritte Wicklung (61) des Stromtransformators (60) umfaßt, deren erstes Ende an den mittleren Anschlußpunkt (57) und deren zweites Ende an die Basen des ersten und zweiten Transistors (55, 56) angeschlossen sind.
4. 4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zum Anschluß des Antriebestroms an die erste Wicklung (31) umfaßt:

   einen positiven (32) und einen negativen Anschlußpunkt (33) zur Verbindung mit einer einseitig gerichteten Quelle für den Antriebsstrom, eine Vorrichtung (34) zur Verbindung des Mittelabgriffs der ersten Wicklung (31) mit dem positiven Anschlußpunkt (32), eine erste Diode (36) und einen dritten Transistor (35), die in Reihe zwischen einem Ende der Wicklung (31) und dem negativen Anschluß (33) geschaltet sind, wobei die Diode (36) und der dritte Transistor (35) so gepolt sind, daß sie den Stromfluß von dem positiven Anschlußpunkt (32) zum negativen Anschlußpunkt (33) zulassen, wenn der dritte Transistor (35) eingeschaltet wird, eine zweite Diode (38) und ein vierter Transistor (37), die in Reihe zwischen das andere Ende der ersten Wicklung (31) und den negativen Anschlußpunkt (33) geschaltet und so gepolt sind, daß sie den Stromdurchgang von dem positiven Anschlußpunkt (32) zu dem negativen Anschlußpunkt (33) gestatten, wenn der vierte Transistor

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   (37) eingeschaltet ist, und eine Vorrichtung zur Verbindung der Basen des dritten und vierten Transistors (35, 37) mit einer Quelle für Triggerimpulse, um den dritten und vierten Transistor (35, 37) abwechselnd einzuschalten, wobei die Schaltkreiswerte so gewählt sind, daß, wenn die zweite Wicklung (21) einen Strom in der Kopplungsvorrichtung (22, 24) induziert, der ausreichend ist, um einen der beiden ersten und zweiten Transistoren (13, 14) einzuschalten und den anderen zu sperren, die zweite Wicklung (21) in der ersten Wicklung (31),eine Spannung Induziert, die ausreichend ist, um entweder die mit dem dritten oder mit dem vierten Transistor (35, 37), welcher gerade Strom führt, in Reihe geschaltete Diode (36 oder 38) zu sperren und die erste Wicklung (31) von der Quelle für den Treiberstrom zu entkoppeln.
5. 5. Symmetrische Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zweite Transistor (13, 14) den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen und daß die Kopplungsvorrichtung eine dritte Wicklung (22) des Stromtransformators (20), die in die Basisantriebsschaltung des ersten Transistors (13) geschaltet ist, und eine vierte Wicklung (24) des Stromtransformators, die in Reihe mit der Basisantriebsschaltung des zweiten Transistors (14) verbunden ist, umfaßt.
6. 6. Symmetrische Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (70) zur Einkopplung eines Antriebsstroms auf die erste Wicklung (71) umfaßt:

   einen dritten, vierten, fünften und sechsten Transistor (75, 76, 77, 78), die in einer Brückenanordnung verbunden sind, wobei die Enden (79, 80) der Brücke auf die Kopplung an eine Quelle für einseitig gerichtetes Potential eingerichtet sind, eine Vorrichtung (72) zur Verbindung der ersten Wicklung (71) über die Mitte der Brücke, erste und zweite Richtdioden (81, 82), die zwischen den Transistoren

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   (77, 78) auf einer Seite der Brücke in Reihe geschaltet sind, um den Durchgang des Antriebsstroms durch die erste Wicklung (71) zu gestatten, wobei die Werte für die Schaltkreise so gewählt sind, daß wenn die zweite Wicklung (93) in der ersten Kopplungsvorrichtung (100) eine Spannung induziert, die zur Einschaltung des ersten oder des zweiten Transistors (96, 97) und zur Sperrung des anderen Transistors ausreichend ist, in der ersten Wicklung (71) eine ausreichende Spannung induziert wird, um die erste Wicklung von der Brückenanordnung zu entkoppeln.
7. 7. Symmetrische Schaltanordnung mit einem ersten und zweiten Anschlußpunkt (91, 92) zum Anschluß über einer einseitig gerichteten Potentialquelle und einer Ausgangswicklung (93), deren Mittelabgriff mit dem ersten Anschlußpunkt (91) verbunden ist, gekennzeichnet durch die Kombination:

   eines Stromtransformators (85) mit einer Vielzahl von Wicklungen (71, 93, 100, 102, 104), einer Vorrichtung (7O), die eine erste Wicklung (71) des Stromtransformators (85) mit einer einseitig gerichteten Potentialquelle für eine wechselnde Polarität verbindet, einen ersten Transistor (96) mit in Reihe zwischen den negativen Anschlußpunkt (92) und ein Ende der Ausgangswicklung (93) geschaltetem Saitter-Basis-Kreis, einen zweiten Transistor (97), dessen Emitter-Bas is -S cha It kr eis in Reihe zwischen den negativen Anschlußpunkt (92) und das andere Ende der Ausgangswicklung (93) geschaltet ist, eine Vorrichtung zur Verbindung einer zweiten Wicklung (100) des Stromtransformators (85) mit den Basen des ersten und zweiten Transistors (96, 97), um einen Transistor zu sperren und den anderen einzuschalten, wenn der Strom durch die erste Wicklung (71) in einer ersten Richtung fließt, eine dritte Wicklung (102), die in Reihe zwischen den ersten Transistor (96) und die erste Ausgangswicklung (93) geschaltet und so gepolt ist, daß sie in der zweiten Wicklung(100) einen Strom in der gleichen Richtung induziert wie er von der

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   ersten Wicklung (71) induziert wird, wenn der erste
   Transistor (96) Strom führt und eine vierte Wicklung (103), die in Reihe zwischen den zweiten Transistor (97) und die Ausgangswicklung (93) geschaltet und so gepolt ist, daß sie einen Strom in der gleichen Richtung in der zweiten Wicklung induziert, wie er von der ersten Wicklung (71) induziert wird, wenn der zweite Transistor (97) Strom
   führt.

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