DE1959940A1 - Circuit arrangement for a self-excited inverter, DC / DC converter or the like. - Google Patents
Circuit arrangement for a self-excited inverter, DC / DC converter or the like.Info
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Description
STANDARD ELEKTRIK LORENZ AGSTANDARD ELEKTRIK LORENZ AG
7 Stuttgart-Zuffenhausen
Hellmuth-Hirth-Str.427 Stuttgart-Zuffenhausen
Hellmuth-Hirth-Str. 42
H. Lucht-3H. Lucht-3
Schaltungsanordnung für einen selbsterregten Wechselrichter. Gleichspannungswandler oder dergleichen. Circuit arrangement for a self-excited inverter . DC-DC converter or the like.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen selbsterregteri Wechselrichter, Gleichspannungswandler oder dergleichen mit zwei im Gegentakt und in Emittergrundschaltung betriebenen Transistoren und mit einer zwischen den Basen angeordneten Reihenschaltung aus einer Ausgangsübertragerwieklung und einem die Wechselrichterfrequenz bestimmenden Reihenschwingkreis.The invention relates to a circuit arrangement for a Self-excited inverters, DC voltage converters or the like with two in push-pull and in basic emitter circuit operated transistors and with a series circuit of an output transformer arranged between the bases and a series resonant circuit that determines the inverter frequency.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der USA-Patentschrift 3 098 2o2 bekannt. Solche Wechselrichter werden in Stromversorgungsgeräten für kleine und mittlere Leistungen benutzt und arbeiten bei Schwtoigfrequenzen im oberen Hörbereich mit gutem Wirkungsgrad. Sie haben ferner die Vorteile, dass die Frequenz unabhängig von Betriebsgleichspannungs- und Lastschwankungen ist, und dass der Ausgangsübertrager nicht in die Sättigung gesteuert wird und deshalb keine wesentliche Blindleistung beim Umschalten der Transistoren und keine starken Streufelder auftreten. Die Umschaltung der Transistoren erfolgt beim Nulldurchgang des sinusförmigen Schwingstromes im Basiskreis. Dem Ausgang des Wechselrichters ist eine rechteckförmlge Wechselspannung entnehmbar. Such a circuit arrangement is known, for example, from US Pat. No. 3,098,202. Such inverters are used in power supply devices for small and medium powers and work at Schwtoigfrequenzen in the upper audible range with good efficiency. They also have the advantage that the frequency is independent of the DC operating voltage and load fluctuations, and that the output transformer is not driven into saturation and therefore no significant reactive power when switching the transistors and no strong stray fields occur. the The transistors are switched when the sinusoidal oscillating current crosses zero in the base circuit. The outcome of the A square-wave alternating voltage can be taken from the inverter.
Die Schwingfrequenz muss im Verhältnis zur Grenzfrequenz des Transistors eehr klein gewählt werden, denn nur in diesem Fall kam der Transistor den grossen Spannungsänderungen bei den Umschaltvorgängen unmittelbar folgen und daduroh The oscillation frequency must be in relation to the limit frequency of the transistor can be chosen very small, because only in In this case, the transistor immediately followed the large voltage changes during the switching processes and daduroh
I?. Nov. 1969I ?. Nov 1969
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die Verlustleistung im Transistor Klein gehalten werden. Im allgemeinen werden robuste Nfederfrequenz-Transistören verwendet. Höhere Schwingfrequenzen zulassende Hochfrequenz-Transistoren dagegen sind einerseits teuer und lassen andererseits nur eine geringe Schaltleistung und eine niedrige Sperrspannung zu.the power loss in the transistor can be kept small. In general, robust spring frequency transistors are used used. On the other hand, high-frequency transistors that permit higher oscillation frequencies are on the one hand expensive and can not be used on the other hand, only a low switching capacity and a low reverse voltage.
Ein weiterer Grund für die Wahl einer verhältnismässig kleinen Schwingfrequenz liegt darin, dass infoige des Ladungsträgerspeichereffekts der zu sperrende Transistor nach dem Nulldurchgang der Steuerwechselspannung noch eine gewisse Zeit leitend bleibt und damit die Sperrzeit im Vergleich zur Durohlasszeit des Transistors wesentlich kürzer ist.Another reason for choosing a proportionate The small oscillation frequency is due to the fact that some of the charge carrier storage effect of the transistor to be blocked after the zero crossing of the AC control voltage remains conductive for a certain time and thus the blocking time in Compared to the Durohlasszeit the transistor is much shorter.
In der Zeit, in der aufgrund des LadungsträgerSpeichereffekts der zu sperrende Transistor noch leitend ist, ist auch der andere Transistor schon leitend. Dadurch können sehr hohe Stromspitzen in den Kollektorwicklungen des Ausgangsübertragers auftreten, weil die induktive Komponente der Wicklungsscheinwiderstände wegfällt. Diese Stromspitzen können die beiden Transistoren unzulässig hoch belasten und den Wirkungsgrad aufgrund der hierbei hervorgerufenen Erhöhung der Verlustleistung in den Transistoren herabsetzen.In the time in which due to the charge carrier storage effect the transistor to be blocked is still conducting, the other transistor is also conducting. This can result in very high Current peaks in the collector windings of the output transformer occur because of the inductive component of the winding resistances ceases to exist. These current peaks can overload the two transistors and the Reduce efficiency due to the resulting increase in power dissipation in the transistors.
Es ist zwar bekannt ( s, z«B. die USA-Patentschrift 9^9 79o), diesen Kurzschlusstrom mittels einer Drosselspule herabzusetzen, die in die für beide Transistoren gemeinsame Kollektorgleiohstrom-Versorgungsleitung eingefügt ist, doch hat sich diese Lösung als unbefriedigend erwieden. Um den Spitzenstrom nämlich auf das erforderliche Maß herabzusetzen, muss eine Drosselspule,verhältnismässig hoher Induktivität verwendet werden, die eine hohe Blindleistung aufnimmt. Diese It is known (see e.g. the USA patent specification 9 ^ 9 79o), reduce this short-circuit current by means of a choke coil, which is fed into the collector conduction current supply line common to both transistors is inserted, but this solution has proven to be unsatisfactory. To the peak current namely to reduce to the required level, a choke coil, relatively high inductance must be used, which consumes a high reactive power. These
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Blindleistung muss beispielsweise mit einer parallelgeschalteten Diode vernichtet werden, wodurch aber der Wirkungsgrad wiederum verschlechtert wird. Reactive power has to be destroyed, for example, with a diode connected in parallel, which in turn worsens the efficiency.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits die Wahl einer höheren Schwingfrequenz erlaubt und andererseits den Wirkungsgrad verbessert. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass im Basiskreis jedes Transistors ein Verzögerungsnetzwerk angeordnet ist, welches die Einschaltung des Transistors solange verzögert, bis der nach dem basisseitigen Sperrversuch noch weiterfliessende Kollektorstrom des anderen Transistors abgeklungen ist. ■■■„'.■The object of the invention is to provide a circuit arrangement To create of the type mentioned, which on the one hand allows the choice of a higher oscillation frequency and on the other hand, the efficiency is improved. According to the invention, this is achieved in that in the base circle a delay network is arranged for each transistor, which delays the switching on of the transistor until until the collector current of the other transistor, which continues to flow after the blocking attempt on the base side, has decayed is. ■■■ "'. ■
Dadurch wird es möglich, bei Verwendung normaler Niederfrequenztransistoren die Schwingfrequenz in Richtung der oberen Hörbereichsgrenze oder darüber hinaus zu verschieben. Somit können die nur schwer vermeidbaren mechanischen Schwingungen der benutzten Bauteile nur noch in vermindertem Maß oder gaijnicht störend in Erscheinung treten (s. Psophometerkurve). Infolge der höheren Schwingfrequenz können auch elektrisch und räumlich kleinere Bauelemente verwendet werden. Da die Kupferverluste geringer werden, wird auch der Wirkungsgrad grosser. Der Wirkungsgrad wird ferner dadurch erhöht, dass nun nicht mehr beide Transistoren gleichzeitig leitend skid. Wird dem Wechselrichter ein Gleichrichter und eine Glättungskette nachgeschaltet, so ergeben sich auch für diese Glättings kette kleinere elektrische und räumliche Maße.This makes it possible using normal low-frequency transistors to shift the oscillation frequency towards the upper limit of the audible range or beyond. Consequently the mechanical vibrations of the components used, which are difficult to avoid, can only be reduced or do not appear disturbing (see psophometer curve). As a result of the higher oscillation frequency, electrically and spatially smaller components can also be used. Since the If copper losses are lower, so will the efficiency greater. The efficiency is further increased in that now both transistors are no longer conductive skid at the same time. The inverter becomes a rectifier and a smoothing chain downstream, this also results in smoothing chain smaller electrical and spatial dimensions.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verzögerungsnetzwerk einen Basisvorwiderstand, eine parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors liegende Kollektor-Emitterstrecke eines weiteren Transistors, ein zwischen demAccording to an advantageous embodiment, the delay network one base series resistor, one in parallel collector-emitter path lying to the base-emitter path of the transistor another transistor, one between the
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kollektorfernen Anschluss des Basisvorwiderstandes und der Basis des weiteren Transistors liegendes RC-Glied und einen weiteren, parallel zur Basis-Emitterstrecke des weiteren Transistors angeordneten Widerstand auf. Das Verzögerungsnetzwerk benötigt in diesem Fall nur einen kleinen und billigen Transistor sowie zwei zusätzliche kleine Widerstände und einen kleinen Kondensator.Collector-remote connection of the base series resistor and the base of the further transistor lying RC element and one further, parallel to the base-emitter path of the further transistor arranged resistor. The delay network in this case only needs a small and cheap transistor and two additional small resistors and a small capacitor.
Um eine Umschaltung ohne Lücke zwischen den beiden Halbwellen unabhängig vom Laststrom zu erreichen, wird ferner vorgeschlagen, zwischen Kollektor des Transistors und Basis des weiteren Transistors ein weiteres RC-Glied mit entsprechender Bemessung zu legen.In order to achieve switching without a gap between the two half-waves regardless of the load current, is also proposed a further RC element with a corresponding between the collector of the transistor and the base of the further transistor Design to lay.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment.
In der Zeichnung ist ein Wechselrichter mit zwei Leistungstransistoren Tl, T2 in npn-Ausführung dargesta.lt, die im Gegentakt und in Emittergrundschaltung arbeiten. Im Kollektorkreis liegt jeweils eine Teilwicklung Ia, Ib eines Ausgangsübertragers Ü, der mit seiner Lastwicklung Ha/lib entweder unmittelbar oder - wie gezeigt - über Gleichrichter Gl, G2 und einen Ladekondensator C an einen Lastwiderstand L angeschlossen ist. Eine dritte Wicklung III dieses Übertragers ist über einen Reihenschwingkreis Ll, Cl und über je einen Basisvorwiderstand R2 bzw. R3 mit den Basen der Transistoren Tl, T2 gekoppelt. Der Basis-Emitterstrecke jedes Transistors Tl bzw. T2 ist jeweils die Kdllektor-Emitterstrecke eines weiteren npn-Transistors T5 bzw. T4 parallel- und je eine Diode Dl bzw. D2 antiparallelgeschaltet. Zwischen dem kollektorfernen Anschluss jedes Basisvorwiderstandes und der Basis des betreffenden Transistors TjJ bzw. T4 liegt jeweils ein Reihen-RC-Glied R4, C2 bzw. R5, C^. Der Basis-Emitterstrecke des Transistors T3 bzw. T4 ist jeweils eine Diode DJ> The drawing shows an inverter with two power transistors T1, T2 in npn design, which work in push-pull and in the basic emitter circuit. In the collector circuit there is a partial winding Ia, Ib of an output transformer U, which is connected with its load winding Ha / lib either directly or - as shown - via rectifier Gl, G2 and a charging capacitor C to a load resistor L. A third winding III of this transformer is coupled to the bases of the transistors T1, T2 via a series resonant circuit L1, C1 and via a base series resistor R2 or R3. The base-emitter path of each transistor T1 or T2 is connected in parallel with the conductor-emitter path of a further npn transistor T5 or T4 and one diode D1 or D2 is connected in anti-parallel. A series RC element R4, C2 or R5, C ^ is located between the connection of each base series resistor remote from the collector and the base of the relevant transistor TjJ or T4. The base-emitter path of the transistor T3 or T4 is in each case a diode DJ>
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bzw. D4 antiparallelgeschaltet. Ferner liegt Je ein Reihen-RC-Glied R6, C4 bzw. R7, C5 zwischen dem Kollektor des Transistors Tl bzw. T2, und der Basis des Transistors TJ bzw. t4. Eine Betriebsspanungsquelle U ist mit ihrem positiven Pol an den Mittelabgriff der Wicklung I und über ■ einen Anschwingwiderstand Rl an die Basis des Transistors Tl angeschlossen, während ihr anderer Pol mit dem Nulleiter verbunden ist.or D4 connected in anti-parallel. There is also a series RC element R6, C4 or R7, C5 between the collector of the transistor T1 or T2, and the base of the transistor TJ or t4. An operating voltage source U is connected with its positive pole to the center tap of the winding I and via ■ an oscillation resistance Rl connected to the base of the transistor Tl, while its other pole with the neutral conductor connected is.
Nach dem Beginn einer Welle, deren Frequenz im wesentlichen durch den Reihenschwingkreis Ll, Cl bestimmt wird und .dessen (| {sinusförmig ausgebildet ist, wird der kollektorferne Anschluss a des Widerstandes R2 positiver als der kollektorferne Anschluss b des Widerstandes RJ. Es beginnt ein Strom in folgendem Stromzweig zu fHessen:After the beginning of a wave, the frequency of which is essentially determined by the series resonant circuit Ll, Cl and its (| {is sinusoidal, the collector remote terminal a of the resistor R2 is more positive than the collector remote Connection b of the resistor RJ. A current begins to flow in the following branch:
a, R4, C2, Basis-Emitterstrecke des TJ, D2> RJ, b (l)a, R4, C2, base-emitter path of the TJ, D2> RJ, b (l)
In diesem Stromzweig wird der Transistor TJ leitend gesteuert, so dass zum Basisstrom ein Kollektorstrom hinzukommt, der über den Widerstand R2 fliesst. Dabei ist der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors TJ so klein, dass der Transistor Tl praktisch im gesperrten Zustand bleibt. Während dieser Phase, nämlich kurz nach dem Nulldurchgang der Steuerwechselspannung, ist der Transistor \ T2 aufgrund des Ladungsträgerspeidereffekts noch leitend. Die Steuerschaltung für den Transistor Tl ist nun so bemessen, dass die Einschaltverzögerung für den Transistor Tl der Abbauzeit der gespeicherten Ladungsträger im Transistor T2 entspricht. Erst danach schaltet der Transistor Tl ein. Analoge Vorgänge finden statt, wenn in der nächsten Halbwelle des Transistor Tl gesperrt und der Transistor T2 leitend gesteuert wird.In this current branch, the transistor TJ is controlled to be conductive, so that a collector current is added to the base current, which flows through the resistor R2. The voltage drop across the collector-emitter path of the transistor TJ is so small that the transistor Tl practically remains in the blocked state. During this phase, namely shortly after the zero crossing of the alternating control voltage, the transistor \ T2 is still conductive due to the charge carrier effect. The control circuit for the transistor Tl is now dimensioned such that the switch-on delay for the transistor Tl corresponds to the reduction time of the stored charge carriers in the transistor T2. Only then does the transistor Tl switch on. Analogous processes take place when the transistor T1 is blocked in the next half-cycle and the transistor T2 is turned on.
Die Einschaltverzögerung ist im wesentlichen unabhängig von der Grosse des Laststroms, wogegen die aufgrund des Ladungsträgerspeichereffekts auftretende Ausschaltverzögerung der 'The switch-on delay is essentially independent of the magnitude of the load current, whereas that due to the charge carrier storage effect occurring switch-off delay of the '
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Transistoren Tl, T2 bei mit steigendem Laststrom abnimmt. Wird die Steuerschaltung so bemessen, dass die Einschaltverzögerung für den Transistor Tl bzw. T2 der sich bei kleinstem möglichen Lastwiderstand ergebenden Abbauzeit der gespeicherten Ladungsträger im jeweils anderen Transistor T2bzz. Tl entspricht, so ergeben sich bei grösserer Beladung Lücken zwischen den Halbwellen.Transistors T1, T2 decreases with increasing load current. If the control circuit is dimensioned so that the switch-on delay for the transistor T1 or T2, the degradation time resulting from the smallest possible load resistance of the stored charge carriers in the respective other transistor T2bzz. Tl corresponds to, then with greater Loading gaps between the half waves.
Zur Vermeidung dieser Lücken dient die Rückkopplung vom Übertrager über das RC-Glied R6, C4 bzw. R7, C5 auf die Basis des Transistors T3 bzw. T4.The feedback from the Transmitter via the RC element R6, C4 or R7, C5 to the Base of transistor T3 or T4.
4 Patentansprüche,4 claims,
1 Bl.Zeichnungen, !Figur.1 sheet of drawings,! Figure.
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E -Nr.E no.
Reg. Nr.Registration number.
Case: H. Lucht-3Case: H. Lucht-3
Titel:Title:
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