DE1966627C3 - Schaltungsanordnung eines von einem Taktgeber gesteuerten Gleichspannungsumrichters oder Wechselrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung eines von einem Taktgeber gesteuerten Gleichspannungsumrichters oder Wechselrichters in Transistorgegentaktschaltung mit mindestens einem Wechselrichtertransformator und zwei Stelltransistoren, denen je eine Ausräumschaltung für ihren Basisstrom zugeordnet ist. Eine derartige Schaltung ist bereits bekannt (»Funkschau« 1968, Heft 23/24, S. 723 bis 725 und S. 775 bis 777). Ihre Anwendung ist jedoch auf ungeregelte Gleichspannungswandler beschränkt, deren Stelltransistoren über einen Steuerübertrager mit einer unveränderbaren Rechteckspannu.ig gesteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Umschaltverluste impulsbreitengesteuerter Stelltransistoren in geregelten Gleichspannungsumrichtern oder Wechselrichtern durch eine verbesserte Steuerschal- _ho tung zu verringern. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausräumschaltung in Verbindung mit der Erzeugung einer Sperrspannung für die Stelltransistoren in impulsbreitengesteuerten Gleichspannungsumrichtern oder Wechselrichtern benutzt ist, und daß die Ausräumschaltung eine Hilfswicklung des Wechselrichtertransformators aufweist, die der Basis-Emitter-Strecke de: Stelltransistors und der Emitter-Kollektor-Strecki eines Schalttransistors in Reihe geschaltet ist. und dal der Hilfswicklung ein Ladekondensator in Reihe mi einer Gieichrichterdiode parallel geschaltet ist, derart daß die Kondensatorspannung nach Verschwinden de: Spannung an der Hilfswicklung als Sperrspannung ar der Basis-Emitter-Strecke des Stelltransistors liegt.

Mit dieser Schaltung kann der Ausräumstrom dei Basis-Emitterstrecken in vorteilhafter Weise zui Verkürzung der Ausschaltzeiten der Stelltransistorer durch Ausnützung der von den Steuerimpulsen für die Stelltransistoren abgeleiteten inversen Impulsfolge gesteuert werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; in

Fig. 1 ist der Leistungsteil eines fremdgesteuerten geregelten Umrichters in Gegentaktschaltung im Prinzip dargestellt;

F i g. 2 zeigt im Prinzip die Steuerschaltung mit dem Taktgeber für den Leistungsteil;

Fig.3 ist ein Steuerdiagramm für die Steuerschaltung dargestellt;

F i g. 4 und 5 zeigen je eine Schaltung zur Erzeugung von Hilfsspannungen.

Der Leistungsteil (Fig.l) des Umrichters besteht aus einer Gegentaktschaltung mit den Stelltransistoren 7s6 und 7s7, dem Transformator Tr mit drei sekundärseitigen Ausgängen. Der Umrichter wird aus der Speisespannungsquelle Ue stromversorgt. Der Ausgang H ist für den Anschluß eines Verbrauchers vorgesehen, die Ausgänge B und L dienen der Erzeugung einer Hilfsspannung bzw. einer Meßspannung. Alle drei Abgänge sind über je eine Siebschaltung LCl ... 3, eine Freilaufdiode Di ... 3 und eine Gleichrichterschaltung GrI... 3 mit den Sekundärwicklungen des Transformators verbunden. Die Steuerung der Stelltransistoren 756 und 7s7 erfolgt über an den Klemmen Ai, Al und AY, AX zugeführte Steuerimpulse. Über die Klemmen Ai und A2 werden die in den Transistoren 7Ϊ4 und Ts5 verstärkten, breitenmodulierten Impulse zur Einschaltung der Stelltransistoren geliefert. Gleichzeitig mit dem Fortfall der Steuerimpulse an den Klemmen Ai und A2 erscheinen an den Klemmen Ai' und AT Impulse, die über die Schalttransistoren Ts2 und 753 den Abschaltvorgang der Stelltransistoren verkürzen, indem sie mittels einer von den Wicklungen I und Il des Transformators abgenommenen Hilfsspannung einen Ausräumstrom in den Basis-Emitterstrecken der Stelltransistoren verursachen. Um nach Beendigung des Ausräumvorgangs die Sperrung des jeweils nichtleitenden Stelltransistors, z. B. 7s6, zu verbessern, wird an der Sekundärwicklung I des Transformators mittels eines Gleichrichters eine Gleichspannung gewonnen, die den Kondensator C4 auflädt. Sobald die Spannung an der Primärwicklung des Transformators und damit auch an der Sekundärwicklung I verschwindet, steht die Kondensatorspannung über einen Widerstand, eine Diode und den noch leitenden Schalttransitor 7521 als Sperrspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Stelltransistors Γ56. Die beschleunigte Abschaltung erfolgt zu entsprechender Zeit in gleicher Weise beim Stelltransistor Ts7.

Die in Fig. 2 dargestellte Steuerschaltung dient im wesentlichen zur Erzeugung der an den Klemmen AX, A2, und AY, A2' erforderlichen Steuerimpulse. Die Steuerschaltung ist so ausgebildet, daß die an ihren Ausgängen zur Verfügung stehenden Steuerimpulse

sowohl in Abhängigkeit von Änderungen der Eingangsipannung Ue als auch von Schwankungen der Ausgangsspannung des Umrichters, die durch Last- oder Temperaturänderungen hervorgerufen werden, breitenmoduliert sind. Die Kompensation der Eingangsspannungsändrrung erfolgt durch eine Störgrößenaufschaltung, während Ausgangsspannungsänderungen in einer Regelschaltung ausgeregelt werden. Die erforderlichen Schaltmittel zur Erzeugung der breitenmodulierten Steuerimpulse mittels der Regelschaltung bestehen hauptsächlich aus integrierten Bausteinen und werden weitgehend gemeinsam ausgenutzt.

Eine Impulsfolge konstanter Frequenz, die nach Breitenmodulation in der Steuerschaltung an den Klemmen Ai, A2 und AY, AT des Umrichters anliegt, ,₅ wird in einem aus drei NAND-Gattern Gl bis Gi bestehenden, als astabiler Multivibrator arbeitenden Taktgeber erzeugt.

im Steuerdiagramm nach Fig.3 ist die am Ausgang des Taktgebers gemessene Impulsfolge a dargestellt. Diese Impulsfolge a wird in einer aus zwei Gatterstufen G4 und G5 gebildeten Mono-Flop-Stufe MI in eine Impulsfolge b (breite Impulse mit schmalen Lücken) umgeformt, die an den Eingang einer Master-Slave-Kippstufe K und einer weiteren Mono-Flop-Stufe Ml mit den Gattern G6 und Gl geführt wird. Die Mono-Flop-Stufe KTl invertiert und verbreitert die Impulsfolge b, so daß eine neue Impulsfolge c gebildet wird, die den Entladevorgang des Kondensators C im Sägezahngenerator 5 steuert. Während der Lücken der Impulsfolge c wird der Kondensator C im Sägezahngenerator über den Widerstand R aus einer Spannungsquelle aufgeladen. Mittels Gatter GS mit intern umbeschaltetem Kollektor seines Ausgangstransistors wird der Kondensator C während der Pulsdauer c wieder entladen, so daß am Kondensator eine Sägezahnspannung Us entsteht. Die Steilheit der Ladekurve, nach welcher sich der Aufladevorgang vollzieht, ist von der Größe der angelegten Spannung abhängig. Änderungen dieser Spannung verursachen daher Steigungsänderungen der Anstiegsflanke der Sägezahnspannung. Dementsprechend wird die Sägezahnspannung einen vorgegebenen Ampütudenwert jeweils nach einer Zeit erreichen, die von der Größe der Ladespannung abhängig ist. Auf Grund dieser Wirkungsweise ist die Schaltung zur Erzeugung einer Sägezahnspannung für eine Störgrößenaufschaltung geeignet, wenn als Spannungsquelle für die Aufladung des Kondensators die Betriebsspannung Ue für den Umrichter benutzt wird.

Die in der Steigung der Anstiegsflanke verändeibare Sägezahnspannung Us wird in einem in integrierter Schaltung ausgebildeten Differentialkomparator P mit einer Sollwert-Gleichspannung Uz, die an einer Referenzspannung Z abgegriffen wird, verglichen. Der Ausgang des Differentialkomparators P liefert eine breitenmodulierte impulsfolge d, deren Anstiegsflanke mit der Abstiegsflanke der Sägezahnspannung zusammenfällt. Die Impulsbreite wird gleichzeitig durch Ä nderungen der Ausgangsspannung des Umrichters, die (,_o durch Lastsprünge oder Temperaturschwankungen hervorgerufen werden, ausgeregelt. Dem Gleichspannungs-Sollwert Uzam Differentialkomparator Pwirdzu diesem Zweck in einer Transistorstufe TsI eine Meßspannung überlagert, die über einen Spannungsteiler W an dem als Spannungsmeßstelle vorgesehenen Ausgang L des Umrichters abgenommen wird. Es wird hierdurch ein gleitender Gleichspannungs-Sollwert Ur für den Spannungsvergleich im Differentialkomparator erhalten, dessen Meßspannungsanteil zusätzlich die Breitenmodulation der Pulse d beeinflußt. Durch Einführen einer Hilfsspannung Uh kann der gleitende Gleichspannungs-Sollwert Ur bei völlig sperrendem Transistor Tsi negative Werte annehmen, so daß die Pulsbreite von t/zu Null werden kann.

Wie bereits erwähnt, wird die Impulsfolge b am Ausgang der Mono-Flop-Stufe AiI an den Eingang einer Master-Slave-Kippstufe K geführt, die die Aufgabe hat, die eingegebene Impulsfolge in zwei um 180° gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen eund / mit verdoppelter Periodendauer und unveränderter Impulsbreite umzusetzen. Diese Impulsfolgen gelangen von den Ausgängen Q und Q' der Kippstufe K an zwei Gatter G9 und ClO, deren zweite Eingänge mit den breitenmodulierten Pulsen d vom Ausgang des Differentialkomparators beaufschlagt sind. An den Ausgängen AX und /42 zweier nachgeschalteter Umkehrstufen Ui und Ul werden die breitenmodulierten Steuerimpulse für die beiden im Gegentakt arbeitenden Stelltransistoren 7i6 und TsI im Umrichter (Fig. 1) abgenommen. Der Einschaltzeitpunkt der Stelliransistoren ist abwechselnd durch die Abstiegsflanken der Sägezahnspannung gegeben, während ihre Sperrung bei Erreichen der durch den gleitenden Gleichspannungs-Sollwert L/r vorgegebenen Abschaltwerte erfolgt.

Die Ausgänge Ai' und AT der Umkehrstufen führen gegenüber Ai und Al invertierte Impulsfolgen, welche die Transistoren Ts2 und Ts3 ( Fig. I) zur Verkürzung der Ausschaltzeit der Stelltransistorer. steuern. Der zeitliche Verlauf der dabei zum Abschaltzeitpunkt fließenden Ausräumströme Ja ist im Steuerdiagramm (Fig. 3) dargestellt.

Die Meßpunkte für die im Steuerdiagramm ( F i g. 3) dargestellten Impulsfolgen sind in der Steuerschaltung nach Fig.2 durch die entsprechenden Buchstaben gekennzeichnet.

Bei Überlastung des Umrichters kann eine Strombegrenzung über die impulsbreitengesteuerten Steuerimpulse der Stelltransistoren erfolgen. Der Ausgang des Strombegrenzungsreglers Br wird von der Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors gebildet, welcher die Zenerdiode Z für die Sollwert-Bildung parallel geschaltet ist. Der im ungestörten Betrieb gesperrte Transistor überbrückt bei Überstrom die Zenerdiode und bewirkt durch verstärkten Spannungsabfall an dessen Vorwiderstand eine Verringerung des Sollwertes und damit auch der Pulsbreite der Steuerimpulse. Das Kriterium für die Strombegrenzung wird mittels eines im Primärstromkreis des Umrichter-Transformators Tr eingesetzten Stromwandlers Si( F i g. 1) gewonnen.

Die in Fig.4 dargestellte Serien-Regelschaltung dient der Erzeugung der intern erforderlichen Hilfsspannung Uh2 für die Steuerschaltung und die Verstärkertransistoren 7s4 und 7s5 während des Einschaltvorganges des Umrichters. Sobald der Umrichter an seinem Ausgang Spannung führt, wird der Regeltransistor Ts8 von dort über die Klemme B gesperrt.

/\m Eingang der Serien-Regelschaltung liegt die Betriebsspannung Uc des Umrichters, von der mittels der Zenerdiode Zl noch die Hilfsspannung Um für die Steuerschaltung abgeleitet wird.

Die in F i g. 5 dargestellte Sperrwandlerschaltung liefert die negative Hilfsspannung Uh(Ht die Erzeugung des gleitenden Gleichspannungs-Sollwertes Ur. Der Transistor Ts9 des Sperrwandlers wird über ein Gatter Gi 1 vom Taktgeber D( F i g. 2) angesteuert.

Hierzu 4 BIpU Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung eines von einem Taktgeber gesteuerten Gleichspannungsumrichters oder Wechselrichters in Transistorgegentaktschaltung mit mindestens einem Wechselrichtertransformator und zwei Stelltransistoren, denen je eine Ausräumschaltung für ihren Basisstrom zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausraumschalung in Verbändung mit der Erzeugung einer Sperrspannung für die Stelltransistoren (7s6, TsI) in impulsbreitengesteuerten Gleichspannungsumrichiern oder Wechselrichtern benutzt ist, und daß die Ausräumschaltung eine Hilfswicklung (TrI, TrIi) des Wechselrichtertransformators (Ti) aufweist, die der Basis-Emitter-Strecke des Stelltransistors (Ts6, Ts7) und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Schahtransistors (TsZ 7x3) in Reihe geschaltet ist, und daß der Hilfswicklung ein Ladekondensator (Ci, CS) in Reihe mit einer Gleichrichterdiode (Di, D5) parallel geschaltet ist, derart, daß die Kondensatorspannung nach Verschwinden der Spannung an der Hilfswicklung als Sperrspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Stelltransistors (756, TsJ) liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu der Hilfswicklung (TrI, TrU) eine zweite Gleichrichterdiode (D6, DJ) liegt. J₀

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Schalttransistors (752, TsJ) über einen Widerstand und eine dritte Gleichrichterdiode (D8, Dd) mit dem der Basis des Stelltransistors abgewandten Anschluß des Ladekondensators (C4, CS) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Schalttransistor (7s2, Ts3) durch breitenmodulierte Impulse ansteuerbar ist, die invers zu den Steuerimpulsen der Stelltransistoren (756, 7"s7) sind.