DE19700100C2 - Tiefsetzsteller - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen von einer Gleich- oder Wechselspan­ nungsquelle gespeisten Tiefsetzsteller zur Erzeugung von gegen Erde gleich­ takt-ripplefreier Spannung an seinen Ausgängen.

Bekannte Schaltungen arbeiten, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einem Halblei­ terschalter HS₁, einer Freilaufdiode D₁ und einer Speicherdrossel L₁. Dabei wird über eine Steuer- und Regelschaltung der Halbleiterschalter periodisch ein- und ausgeschaltet. Aus dem eingestellten Tastverhältnis ergibt sich die Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsstrom.

Derartige bekannte Schaltungen besitzen den Nachteil, daß die Ausgangs­ klemmen mit erheblicher unsymmetrischer Störspannung gegen Erde beauf­ schlagt sind. Der Hauptanteil der Störspannung resultiert aus der an den Netzladekondensatoren entstehenden HF-Ripplespannung aufgrund des mit der Taktfrequenz periodisch entnommenen Stromes in Verbindung mit den Netzimpedanzen.

Da die Netzspannung erdbezogen ist, tritt die HF-Ripplespannung an den Punkten P₁₁ und P₁₂, symmetrisch gegen Erde auf. Der Mittelpunkt P_m1 zwischen den Netzladekondensatoren C₁₁ und C₁₂, ist, wie in Fig. 2 darge­ stellt, gegen Erde frei von HF-Ripplespannung.

Aufgrund der Verbindung von Punkt P₁₂ mit Punkt₂₂ tritt die HF-Ripp­ lespannung, hier jedoch als unsymmetrische HF-Störspannung, auch an den Ausgangsklemmen P₂₂ und P₂₁ gegen Erde auf, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Im Zusammenhang mit den HF-Ripple-Störspannungen bedeutet "symmetrisch zur Erde", daß die HF-Ripple-Störspannungen auf dem positiven bzw. negativen Zweig im Gegentakt zueinander schwingen (vgl. Fig. 2). "Un­ symmetrisch zur Erde" bedeutet hierbei, daß die beiden HF-Ripple-Stör­ spannungen im Gleichtakt zueinander schwingen (vgl. Fig. 3).

Die Amplitude der Störspannung ist direkt abhängig von der Größe der Netzladekondensatoren. Ist die Forderung nach einem möglichst günstigen Leistungsfaktor einzuhalten, so dürfen nur kleine Netzladekondensatoren eingesetzt werden. Dies wiederum bedingt an den Ausgangsklemmen eine hohe unsymmetrische HF-Störspannung.

Weiterhin nachteilig ist, daß insbesondere bei größeren Speicherdrosseln aufgrund der Speicherdrossel-Wicklungskapazitäten gegen Erde in Verbindung mit dem an der Speicherdrossel mit der Taktfrequenz periodisch und mit hoher Flankensteilheit am Punkt P₃₁ auftretenden Rechteck-Spannungshub in Höhe der Netz-Scheitelspannung erhebliche HF-Störströme gegen Erde fließen.

Es hat sich nun gezeigt, daß insbesondere bei Geräten mit höheren Leistun­ gen diese HF-Störspannungen und HF-Störströme mit Funkentstörmitteln erträglichen Aufwandes nicht auf einen den Vorschriften und den gestellten Erfordernissen entsprechenden niedrigen Wert zu bringen sind. Weiter erschwerend ist, daß bei Geräten mit einer netzseitigen Steckverbindung aufgrund gesetzlicher Sicherheitsvorschriften die wertmäßige Größe der einzusetzenden Funkentstörkondensatoren wegen des auftretenden Ableitstro­ mes begrenzt ist.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die zum Betrieb erforderliche und gewöhnlich auf Ausgangspotential liegende Steuer- und Regelschaltung, die üblicherweise über eine Potentialtrennung Bezug zu einer erdpotentialnahen Schnittstelle besitzt, ebenfalls gegen Erde mit der HF-Ripplespannung beaufschlagt ist und somit die Steuer- und Regelschaltung in erheblichem Maße ungünstig beein­ flussende HF-Störströme sowohl kapazitiv über die potentialgetrennte erdpo­ tentialnahe Schnittstelle, als auch direkt über die Raumkapazitäten zur Erde fließen.

Ein weiterer Nachteil ist, daß sich die Gleichspannung an der Ausgangsseite des Tiefsetzstellers nicht symmetrisch zum Mittelpunkt der Eingangsseite verhält, sondern unabhängig von ihrem Wert, wie das Potential der Gleich­ spannung an der Eingangsseite. Dies bedingt, daß die Ausgangsseite be­ züglich der Isolation gegen Erde den gleichen Ansprüchen genügen muß wie die Eingangsseite mit der Netzscheitelspannung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung für einen Tiefsetzsteller nach dem Stand der Technik, Fig. 4 die mathematischen Zusammenhänge hinsichtlich der HF- Ripplespannungen mit Begriffsdefinitionen in Fig. 5, Fig. 2 und Fig. 3 eine grafische Darstellung der Ein- und Ausgangsspannungen im Bezug zur Erde für einen Tiefsetzsteller nach dem Stand der Technik.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Tiefsetzstel­ ler zu schaffen, welcher ein verbessertes Störspannungsverhalten an den Ausgängen aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Tiefsetzsteller gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Aus AT 390 856 B ist zwar eine Schaltung zur Gleichspannungswandlung bekannt, bei welcher die Spannungsfestigkeit eines Gleichspannungswandlers dadurch erhöht wird, daß zwei elektronische Schalter in zwei Zweigen in Serie geschaltet werden. Hierbei sind die beiden Schalter über einen kapazi­ tiven Spannungsteiler aus eingangsseitig zwei Koppelkondensatoren und ausgangsseitig zwei Zwischenkreiskondensatoren mit jeweils gleicher Kapazität gekoppelt und die Verbindung der Koppelkondensatoren mit der Verbindung der Zwischenkreiskondensatoren verbunden. Anders als die vorliegende Erfindung betrifft diese Druckschrift einen Gleichspannungswandler für den kV-Hochspannungsbereich und befaßt sich mit dem Problem, eine Spannungs­ verschiebung zwischen den beiden Zweigen, welche durch unterschiedliche Bauelement-Toleranzen verursacht wird, zu vermeiden. Zwar stellt sich bei der offenbarten Schaltung ebenfalls eine Ripplespannungsfreiheit am Ausgang ein, jedoch ist die erfindungsgemäße Lehre nicht vorweggenommen oder auch nur angedeutet. So enthält diese Schrift keinen Hinweis auf die erfin­ dungsgemäße Lehre, zur Erzeugung einer Ripple-freien. Ausgangsspannung zwei Halbleiterschalter und zwei Spulen vorzusehen, wobei beide Halbleiter­ schalter im Gleichtakt geöffnet und geschlossen werden. Zudem enthält die dortige Schaltung Maßnahmen, die zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung gemäß der in Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung nicht benötigt werden, insbesondere kapazitive eingangsseitige und ausgangsseitige Spannungsteiler sowie eine Reihenschaltung zweier gleicher Dioden zwischen den beiden Zweigen und ferner eine Mittelpunktsverbindung der Reihen­ schaltungen. Darüber hinaus lehrt die Druckschrift, daß die beiden Zweige sowie die Spannungsteiler symmetrisch dimensioniert sein müssen, worauf es bei der vorliegenden Erfindung jedoch nicht ankommt.

Aus JP 3-16929 (A) ist eine Schaltungsanordnung zur Entstörung des Ausgangs eines Schaltnetzteiles mit einem HF-Transformator bekannt, bei welcher die ausgangsseitige Wicklung des HF-Transformators in zwei Teil­ wicklungen geteilt und derart gestaltet ist, daß die Produkte aus Leitungs­ kapazitäten und induzierten Spannungen der beiden Teilwicklungen sowie deren elektrostatische Kapazitäten einander gleich werden und sich aufheben. Diese Druckschrift gibt jedoch keinen Hinweis auf die erfindungsgenmäße Lehre.

Aus JP 2-211056 (A) ist ein Schaltnetzteil mit einem Transformator und einem Schalter bekannt, bei welchem HF-Störungen durch Vorsehen eines Kondensators an der sekundärseitigen Transformatorwicklung und der Erde reduziert werden. Auch diese Druckschrift gibt keinen Hinweis auf die erfindungsgemäße Lehre.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 Schaltung eines Tiefsetzstellers nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 Spannungsverhältnisse im Bezug zur Erde am Eingang eines Tief­ setzstellers nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 Spannungsverhältnisse im Bezug zur Erde am Ausgang eines Tief­ setzstellers nach dem Stand der Technik,

Fig. 4 mathematische Zusammenhänge hinsichtlich der Ripplespannungen bei einem Tiefsetzsteller nach dem Stand der Technik,

Fig. 5 Begriffsdefinitionen zu Fig. 4 und Fig. 8,

Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Tiefsetzsteller mit zwei Speicherdrosseln,

Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Tiefsetzsteller mit einer Speicherdrossel mit zwei getrennten Wicklungen,

Fig. 8 mathematische Zusammenhänge hinsichtlich der Ripplespannungen bei einem Tiefsetzsteller gemäß der Erfindung,

Fig. 9 Spannungsverhältnisse im Bezug zur Erde am Eingang des erfin­ dungsgemäßen Tiefsetzstellers,

Fig. 10 Spannungsverhältnisse im Bezug zur Erde am Ausgang des erfin­ dungsgemäßen Tiefsetzstellers,

Fig. 11 bis 25 weitere Ausführungsformen eines Tiefsetzstellers gemäß der Erfindung.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß, wie z. B. Figur in 6 dargestellt, zwei im Gleichtakt angesteuerte und sich jeweils in den Ausgangszweigen befindliche Halbleiterschalter HS₁ und HS₂ und zwei Speicherdrosseln L₁ und L₂, oder eine Speicherdrossel mit zwei getrennten Wicklungen, potenti­ almäßig symmetrisch zu den Eingangsklemmen bzw. zu den Netzladekon­ densatoren eingesetzt werden. Hierdurch nimmt der Ausgangsmittelpunkt P_m2 das gleiche Potential gegen Erde an wie der Eingangsmittelpunkt P_m1, der gegen Erde HF-ripplespannungsfrei ist. Somit ist der Ausgangsmittelpunkt P_m2, gegen Erde ebenfalls HF-ripplespannungsfrei, wie auch die beiden Ausgangsklemmen P₂₁ und P₂₂, vorausgesetzt die Ausgangsspannung U₂ bildenden Teilspannungen U₂₁ und U₂₂ sind ihrerseits frei von HF-Ripp­ lespannung, was durch entsprechende Dimensionierung von Speicherdrosseln und Ausgangskondensatoren bzw. durch weitere Siebglieder erreicht werden kann.

Weiterhin wird, wie in Fig. 6. dargestellt, durch den Einsatz von zwei jeweils in den Ausgangszweigen befindlichen Speicherdrosseln bzw., wie in Fig. 7 dargestellt, von einer Speicherdrossel mit zwei getrennten, jeweils in den Ausgangszweigen befindlichen Wicklungen erreicht, daß sich die auf­ grund der Speicherdrossel-Wicklungskapazitäten gegen Erde in Verbindung mit dem an der Speicherdrossel mit der Taktfrequenz periodisch und mit hoher Flankensteilheit an den Punkten P₃₁ und P₃₂ auftretenden Rechteck- Spannungshub in Höhe der Netz-Scheitelspannung gegen Erde fließenden HF- Störströme aufheben.

Weiterhin wird erreicht, daß die zum Betrieb erforderliche und gewöhnlich auf Ausgangspotential liegende Steuer- und Regelschaltung, die üblicherweise über eine Potentialtrennung Bezug zu einer erdpotentialnahen Schnittstelle besitzt, gegen Erde frei von HF-Ripplespannung ist und somit keine die Steuer- und Regelschaltung ungünstig beeinflussenden HF-Störströme sowohl kapazitiv über die potentialgetrennte erdpotentialnahe Schnittstelle, als auch direkt über die Raumkapazitäten zur Erde fließen.

Weiterhin wird erreicht, daß sich die Ausgangsgleichspannung symmetrisch zum Eingangsmittelpunkt P_m1 verhält und somit die Ausgangsseite hinsicht­ lich der Isolation gegen Erde abhängig von der Höhe der Ausgangsspannung ausgelegt sein darf, wobei als auftretende Spannung gegen Erde die halbe Netz-Scheitelspannung zuzüglich der halben Ausgangspannung anzusetzen ist.

Fig. 6 zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung, Fig. 8 die mathematischen Zusammenhänge hinsichtlich der HF-Ripplespannungen mit Begriffsdefinitio­ nen nach Fig. 5; Fig. 9 zeigt die Spannungsverhältnisse am Eingang des erfindungsgemäßen Tiefsetzstellers im Bezug zur Erde, die denen des Standes der Technik entsprechen.

Fig. 10 zeigt die Spannungsverhältnisse am Ausgang des erfindungsgemäßen Tiefsetzstellers im Bezug zur Erde, die nicht mehr die HF-Ripplespannungen aufweisen.

Die Erfindung umfaßt weitere vorteilhafte Ausgestaltungen.

In Weiterbildung der Erfindung ist, wie in Fig. 11 dargestellt, der Mittel­ punkt P_m1 zwischen den Netzladekondensatoren C₁₁ und C₁₂ mit dem Mittelpunkt P_m2 zwischen den Ausgangskondensatoren C₂₁ und C₂₂ ver­ bunden. Dadurch wird bei wertmäßig gleichen Netzladekondensatoren C₁₁ und C₁₂ sowie bei wertmäßig gleichen Ausgangskondensatoren C₂₁ und C₂₂ eine Zwangssymmetrierung erreicht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird, wie in Fig. 12 dargestellt, eine Zwangssymmetrierung über die zum Netzladekondensator C₁₁ parallelgeschalteten Symmetrierkondensatoren C_S11 und C_S12, deren Mittel­ punkt P_m1 mit dem Mittelpunkt P_m2 von zwei weiteren, zum Ausgangskon­ densator C₂₁ parallelgeschalteten Symmetrierkondensatoren C_S21 und C_S22 verbunden ist, erreicht.

Alternativ hierzu kann, wie in Fig. 13 dargestellt, die Zwangssymmetrierung auch dadurch erreicht werden, daß lediglich die Ausgangsseite Symmetrier­ kondensatoren enthält, deren Mittelpunkt P_m2 mit dem Mittelpunkt P_m1 des in zwei gleich große Hälften C₁₁ und C₁₂ aufgeteilten Neztladekondensators verbunden ist.

Ebenso kann, wie in Fig. 14 dargestellt, die Zwangssymmetrierung dadurch erreicht werden, daß lediglich die Eingangsseite Symmetrierkondensatoren enthält, deren Mittelpunkt P_m1 mit dem Mittelpunkt P_m2 des in zwei gleich große Hälften C₂₁ und C₂₂ aufgeteilten Ausgangskondensators verbunden ist.

Zusätzlich kann zur weiteren Verbesserung gemäß Fig. 15 bei zwei in Reihe geschalteten Freilaufdioden D₁ und D₂, die Anode von D₁ und die Kathode von D₂ mit den Mittelpunkten P_m1 und P_m2 verbunden werden.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tief­ setzstellers, der im Eingangszweig unmittelbar vor den beiden Halbleiter­ schaltungen HS₁ und HS₂ eine stromkompensierte Entstördrossel L₄ enthält, die die aufgrund der Kapazitäten der Halbleiterschalter gegen Erde während der Umschaltphasen gegen Erde fließenden steilflankigen Umschaltströme reduziert.

In Fig. 17 ist eine Ausführungsform gezeigt, die sowohl im Eingangskreis als auch im Ausgangskreis einen oder mehrere Serienresonanzkreise SRK₁ und SRK₂ zur weiteren Unterdrückung von symmetrischen HF-Ripplespan­ nungen enthält, wobei diese auf die Grundwelle und/oder Harmonischen der Taktfrequenz abgestimmt sind.

Die in Fig. 18 gezeigte Variante bezieht sich auf Anwendungen zum Betrei­ ben von Entladungslampen, die im Zuge des Zündvorganges eine sogenannte Boost-Spannung bzw. Boost-Ladung benötigen. Mittels eines in Fig. 18 nicht dargestellten Zündgerätes wird in bekannter Weise die Entladungslampe mit einem kurzen Hochspannungsimpuls beaufschlagt, wodurch die Entladungs­ strecke der Lampe geringfügig leitend wird und sich die energiereiche Boost- Spannung in der Lampe entlädt, wodurch diese soweit leitend wird, daß die Ausgangsspannung des Tiefsetzstellers zum Eingriff kommt. Über die Ent­ koppeldiode D₃ im positiven Ausgangszweig und D₄ im negativen Ausgangs­ zweig wird die mittels eines Spannungswandlers generierte hohe Boost- Spannung symmetrisch zum Ausgangsmittelpunkt P_m2 aufgekoppelt. Dies hat gegenüber der in bekannter Weise nur über eine im positiven oder negativen Ausgangszweig liegenden Diode erfolgenden unsymmetrischen Aufkoppelung den Vorteil, daß während der sehr schnell vonstatten gehenden Entladung der hohen Boost-Spannung von ca. 1 KV bis 2 KV keinerlei HF-Störungen aufgrund der schlagartigen Potentialverschiebung gegen Erde auftreten. Zudem ergeben sich hinsichtlich der erforderlichen Isolation gegen Erde günstigere Werte gegenüber einer unsymmetrischen Aufkoppelung. Fig. 19 zeigt eine Variante, bei der zur weiteren Symmetrierung der Boost-Spannung zur Ausgangsspannung der Mittelpunkt P_m3 der Boost-Spannung mit dem Ausgangsmittelpunkt P_m2 verbunden ist.

In den Fig. 21 und 22 sind Ausführungsbeispiele für eine Steuerung und Regelung des Tiefsetzstellers gezeigt, wobei der Bezugspunkt hierfür der Mittelpunkt P_m1 der Eingangsseite und/oder der Mittelpunkt P_m2 der Aus­ gangsseite ist. Zur ein- und/oder ausgangsseitigen Spannungserfassung werden die Differenzverstärker V₁ und V₂ eingesetzt, deren Ausgangssignal einer Steuerung zugeführt werden, die in bekannter Weise aus einem Puls­ weitenmodulator besteht.

Fig. 20 zeigt eine ein- und ausgangsseitige Stromerfassung im jeweils positiven Zweig über einen Stromeßwiderstand R_mess1 und R_mess2 sowie einen Trennverstärker VT₁ und VT₂, deren Ausgangssignale der Steuerung zugeführt werden, Fig. 21 eine ein- und ausgangsseitige Stromerfassung im jeweils positiven Zweig über einen Stromwandler SW₁ und SW₂, deren Ausgangssignale der Steuerung zugeführt werden.

Eine weitere Variante ist in Fig. 22 dargestellt. Über einen Strommeßwider­ stand R_mess3 und einen Differenzverstärker V₃ wird während der Sperrphase der Halbleiterschalter der in den beiden in Reihe geschalteten Freilaufdioden D₁ und D₂ fließende Strom, der ein Abbild des Ausgangsstromes ist, erfaßt und der Steuerung zugeführt.

Fig. 23 zeigt eine Ausführung, bei der eine schnelle ausgangsseitige Strom­ erfassung unmittelbar in der Lastleitung über einen Strommeßwiderstand R_mess4 und einen Trennverstärker VT₄ erfolgt.

Fig. 24 zeigt eine diesbezügliche Ausführung mit einem Stromwandler SW₃.

In Fig. 25 ist eine Ausführung gezeigt, die einen Analog- oder Digitalrech­ ner enthält. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn hinsichtlich der Konstanz und Netz-Ripplefreiheit der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes sowie des dynamischen Verhaltens bei Laständerungen oder Änderungen der Vorgaben für Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom hohe Anforderungen gestellt werden und diese von einem herkömmlichen Regler aufgrund der endlichen Regelgeschwindigkeit und Regelsteilheit in Zusammenhang mit dem Phasengang des Gesamtsystems alleine nicht erfüllt werden können.

Über die eingangsseitige Spannungserfassung mit dem Differenzverstärker V₁ und der ausgangsseitigen Spannungserfassung mit dem Differenzverstärker V₂ kann aus der Beziehung

über den Rechner das an den Halbleiterschaltern einzustellende Tastverhältnis vorgestellt werden, so daß die an den Netzladekondensatoren C₁₁ und C₁₂ vorhandene Netz-Ripplespannung und Netzspannungsschwankungen sofort ausgeglichen werden, ohne die Reaktion des Reglers abwarten zu müssen. Ebenfalls kann bei einer gewünschten Änderung der Ausgangsspannung über den Rechner aus dem Eingangsspannungs-Istwert und dem vorgegebenen Ausgangsspannungs-Sollwert sofort das erforderliche Tastverhältnis bestimmt und vorgestellt werden.

Weiterhin kann bei einer gewünschten Änderung der Ausgangsspannung zur weiteren Verbesserung der Regeldynamik über den Rechner bei bekannter Größe der Ausgangskondensatoren C₂₁ und C₂₂ aus dem Eingangsspannungs- Istwert, aus dem Ausgangsspannungs-Istwert, einem vorgegebenen Ausgangs­ spannungs-Sollwert und einer vorgebenen Zeit bis zum Erreichen des Aus­ gangsspannungs-Sollwertes ein für diese Zeit einzustellendes Tastverhältnis bestimmt werden.

Ebenso kann bei einer gewünschten Änderung der Ausgangsspannung zur weiteren Verbesserung der Regeldynamik über den Rechner bei bekannter Größe der Ausgangskondensatoren C₂₁ und C₂₂ eine, für die gewünschte Zeit bis zum Erreichen des Ausgangsspannungs-Sollwertes erforderliche positive oder negative Stromdifferenz zu dem über den Strommeßwiderstand R_mess4 und dem Trennverstärker VT₄ erfaßten Laststrom errechnet und das zugehörige Tastverhältnis bestimmt werden, wobei die Stromdifferenz aus der Differenz des mittels des Strommeßwiderstandes R_mess2 und des Trennver­ stärkers VT₂ erfaßten Speicherdrossel-Stromes und des Laststromes überwacht werden kann.

Weiterhin kann über den Rechner bei Laständerungen die über den Strom­ meßwiderstand R_mess4 und den Trennverstärker VT₄ erfaßte Laststromände­ rung unmittelbar in Form einer zur Aufrechterhaltung dieses Laststromes erforderliche Änderung des Tastverhältnisses ermittelt und weitergegeben werden.

Bei Anwendungen des Tiefsetzstellers als Stromquelle kann bei einer ge­ wünschten Änderung des Ausgangsstromes über den Rechner aus dem Eingangsspannungs-Istwert, aus dem Ausgangsstrom-Istwert und dem vor­ gegebenen Ausgangsstrom-Sollwert sofort das erforderliche Tastverhältnis bestimmt und vorgestellt werden.

Ebenso kann bei einer gewünschten Änderung des Ausgangsstromes zur weiteren Verbesserung der Regeldynamik über den Rechner bei bekannter Größe der Ausgangskondensatoren C₂₁ und C₂₂ eine für die gewünschte Zeit bis zum Erreichen des Ausgangsstroms-Sollwertes erforderliche positive oder negative Stromdifferenz zu dem über den Strommeßwiderstand R_mess4 und dem Trennverstärker VT₄ erfaßten Laststrom errechnet und das zugehörige Tastverhältnis bestimmt werden, wobei die Stromdifferenz aus der Differenz des mittels des Strommeßwiderstandes R_mess2 und des Trennverstärkers VT₂ erfaßten Speicherdrossel-Stromes und des Laststromes überwacht werden kann.

Weiterhin kann die bei schnellen Laständerungen aufgrund der endlichen Regelgeschwindigkeit vom eingestellten Stromsollwert auftretende dynamische Laststromabweichung über den Strommeßwiderstand R_mess4 und den Trenn­ verstärker VT₄ erfaßt werden und zusammen mit der ebenfalls erfaßten Ausgangsspannung über den Rechner der Lastwert bestimmt und daraus zusammen mit dem erfaßten Wert der Eingangsspannung unmittelbar das erforderliche Tastverhältnis errechnet und weitergegeben werden.

Bei Anwendungen des Tiefsetzstellers als Leistungsquelle, bei der eine Last mit einer konstanten oder variablen Leistung beaufschlagt wird, kann ebenso wie bei den Anwendungen als Spannungs- oder Stromquelle aus den erfaßten Parametern wie Eingangsspannung, Eingangsstrom, Ausgangsspannung, Speicherdrossel-Strom und Laststrom über den Rechner ein sowohl statisch als auch dynamisch einzustellendes Tastverhältnis ermittelt werden.

Bei allen Anwendungen des Tiefsetzstellers mit linearer oder nichtlinearer und/oder komplexer Last kann zur Verbesserung der Regelcharakteristik durch den Rechner bei einem erstmaligen Aufschalten der Last über eine Meßroutine deren strom- und spannungsabhängiges, statisches, dynamisches und komplexes Verhalten innerhalb vorzugebender Grenzen von Strom und Spannung ermittelt, diese Parameter in einem Speicher abgelegt und diese bei einzustellenden Spannungs-, Strom- oder Leistungswerten bei der Ermitt­ lung des erforderlichen Tastverhältnisses eingerechnet werden.

Schließlich können alle Parameter des Tiefsetzstellers, wie eingangs- und ausgangsspannungsabhängiger, stromabhängiger sowie temperaturabhängiger Wirkungsgrad, Innenwiderstand, Induktivität und stromabhängige Induktivität der Speicherdrossel sowie Kapazität der Ausgangskondensatoren fest in einem Speicher abgelegt sein und über den Rechner bei der Ermittlung des einzu­ stellenden Tastverhältnisses Berücksichtigung finden. Zusätzlich können während des Betriebes verschiedene Parameter des Tiefsetzstellers, wie eingangs- und ausgangsspannungsabhängiger, stromabhängiger sowie tempera­ turabhängiger Wirkungsgrad im Speicher laufend aktualisiert werden.

Claims (27)

1. Tiefsetzsteller mit einem positiven und einem negativen Ausgang zur Erzeugung einer gegen Erde Gleichtakt-ripplefreien Spannung an den Ausgängen, wobei der Tiefsetzsteller aus einer Gleich- oder Wechsel­ spannungsquelle gespeist wird und weiter aufweist:
einen positiven und einen negativen Zweig,
jeweils eine Speicherdrossel (L₁, L₂) und jeweils einen Halbleiter­ schalter (HS₁, HS₂) in dem positiven und in dem negativen Zweig, wobei die Halbleiterschalter (HS₁, HS₂) periodisch und im Gleich­ takt zueinander geöffnet und geschlossen werden, und
mindestens einen Eingangskondensator (C₁₁; C₁₂) und mindestens eine Freilaufdiode (D₁; D₂) zwischen dem positiven und dem negativen Zweig.

2. Tiefsetzsteller nach Anspruch 1, bei welchem die Speicherdrosseln (L₁, L₂) in einer Speicherdrossel (L₃) mit einem gemeinsamen Kern und zwei getrennten Wicklungen realisiert sind.

3. Tiefsetzsteller nach Anspruch 1, bei welchem die Speicherdrosseln (L₁, L₂) in einer Speicherdrossel (L₃) mit zwei getrennten bifilaren Wick­ lungen realisiert sind.

4. Tiefsetzsteller nach Anspruch 2, bei welchem die zwei getrennten Wicklungen wicklungstechnisch und mechanisch so gestaltet sind, daß sie sich hinsichtlich ihrer jeweiligen Kapazitäten an jeweiligen Anschluß­ punkten (P₃₁, P₃₂) der Wicklungen gegen den gemeinsamen Kern oder gegen Erde gleich verhalten.

5. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher zwei Ein­ gangskondensatoren (C₁₁, C₁₂), die in Reihe zueinander geschaltet sind und jeweils gleiche Kapazitäten aufweisen, und zwei Ausgangskondensa­ toren (C₂₁, C₂₂), die in Reihe zueinander geschaltet sind und jeweils gleiche Kapazitäten haben, aufweist.

6. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher parallel zu dem mindestens einen Eingangskondensator (C₁₁; C₁₂) eine Reihen­ schaltung zweier Symmetrierkondensatoren (C_S11, C_S12) und parallel zu dem mindestens einen Ausgangskondensator (C₂₁, C₂₂) eine Reihen­ schaltung zweier Symmetrierkondensatoren (C_S21, C_S22) aufweist, wobei die Mittelpunkte (P_m1, P_m2) der beiden Symmetrierkondensator- Reihenschaltungen miteinander verbunden sind.

7. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher zwei Ein­ gangskondensatoren (C₁₁, C₁₂), die in Reihe zueinander geschaltet sind und jeweils gleiche Kapazitäten aufweisen, mindestens einen Ausgangs­ kondensator (C₂₁; C₂₂) zwischen dem positiven und dem negativen Zweig und parallel zu dem mindestens einen Ausgangskondensator (C₂₁; C₂₂) eine Reihenschaltung zweier Symmetrierkondensatoren (C_S21, C_S22) aufweist.

8. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher parallel zu dem mindestens einen Eingangskondensator (C₁₁: C₁₂) eine Reihen­ schaltung zweier Symmetrierkondensatoren (C_S11, C_S12) mit jeweils gleicher Kapazität und eine Reihenschaltung zweier Ausgangskondensato­ ren (C₂₁, C₂₂) mit jeweils gleicher Kapazität aufweist, wobei die Mittelpunkte der beiden Kondensator-Reihenschaltungen miteinander ver­ bunden sind.

9. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 5 bis 8, welcher zwei Frei­ laufdioden (D₁, D₂), die zwischen dem positiven und dem negativen Zweig in Reihe zueinander geschaltet sind, aufweist und wobei die Mittelpunkte der Kondensator-Reihenschaltungen miteinander und mit dem Mittelpunkt der Dioden-Reihenschaltung verbunden sind.

10. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welcher eine strom­ kompensierte Entstördrossel (L₄) aufweist, die unmittelbar vor den beiden Halbleiterschaltern angeordnet ist.

11. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welcher zur Unter­ drückung von symmetrischen Ripple-Spannungen eingangsseitig und/oder ausgangsseitig mindestens einen auf die Grundwelle und/oder Harmoni­ sche der Taktfrequenz abgestimmten Serienresonanzkreis (SRK₁, SRK₂) aufweist.

12. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 5 bis 10, welcher im positi­ ven und im negativen Zweig jeweils eine Entkoppeldiode (D₃, D₄) aufweist, über welche jeweils eine Boost-Spannung symmetrisch zum Mittelpunkt (P_m2) der Kondensator-Reihenschaltung am Ausgang aufge­ koppelt ist.

13. Tiefsetzsteller nach Anspruch 12, bei welchem ein Mittelpunkt (P_m3) der Boost-Spannungseinrichtung mit dem Mittelpunkt (P_m2) der Aus­ gangskondensator-Reihenschaltung verbunden ist.

14. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 5 bis 13, welcher eine Steuer­ einrichtung aufweist, die als Bezugspunkte den Eingangskondensator-Rei­ henschaltungs-Mittelpunkt (P_m1) oder den Ausgangskondensator-Reihen­ schaltungs-Mittelpunkt (P_m2) besitzt.

15. Tiefsetzsteller nach Anspruch 14, bei welchem die Steuereinrichtung mindestens einen Differenzverstärker (V₁, V₂) zur Spannungserfassung aufweist.

16. Tiefsetzsteller nach Anspruch 14, welcher einen Trennverstärker (VT₁) mit einem Strommeßwiderstand (R_mess1) oder einen Stromwandler (SW₁) zur eingangsseitigen Stromerfassung im positiven oder negativen Zweig aufweist.

17. Tiefsetzsteller nach Anspruch 14, welcher zur ausgangsseitigen Spei­ cherdrossel-Stromerfassung im positiven oder negativen Zweig einen Trennverstärker (VT₂) mit einem Strommeßwiderstand (R_mess2) oder einen Stromwandler (SW₂) aufweist.

18. Tiefsetzsteller nach Anspruch 14, welcher zur ausgangsseitigen Strom­ erfassung einen Differenzverstärker (V₃) mit einem Strommeßwiderstand (R_mess3), der zwischen den beiden Freilaufdioden (D₁, D₂) angeordnet ist, aufweist.

19. Tiefsetzsteller nach Anspruch 14, der zur ausgangseitigen Laststrom­ erfassung einen Strommeßwiderstand (R_mess4) im positiven oder im negativen Zweig sowie einen Trennverstärker (VT₄) oder einen Strom­ wandler (SW₃) aufweist.

20. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei welchem die Steuereinrichtung einen Analog- und/oder Digitalrechner aufweist, wobei aus einem Eingangsspannungs-Istwert, Ausgangsspannungs-Sollwert und Ausgangsspannungs-Istwert ein Tastverhältnis für die Halbleiterschalter (HS₁, HS₂) ermittelt wird.

21. Tiefsetzsteller nach Anspruch 20, bei welchem zusätzlich die Kapazität des mindestens einen Ausgangskondensators (C₂₁, C₂₂) sowie eine vorbestimmte Zeit bis zum Erreichen des Ausgangsspannungs-Sollwertes zur Bestimmung des Tastverhältnisses für die Halbleiterschalter (HS₁, HS₂) ermittelt wird.

22. Tiefsetzsteller nach Anspruch 19, bei welchem eine Stromdifferenz zu dem mittels des Strommeßwiderstandes (R_mess4) erfaßten Strom berech­ net wird, wobei die Stromdifferenz mittels eines weiteren Strommeßwi­ derstandes (R_mess2), der in einem Zweig angeordnet ist, überwacht wird.

23. Tiefsetzsteller nach Anspruch 20 oder 21, bei welchem das Tastverhält­ nis im Moment einer Laständerung aus dem Ausgangsspannungs-Istwert und einem Laststrom-Istwert ermittelt wird.

24. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 20 bis 23, welcher einen Speicher zur Speicherung von Wirkungsgraden, Innenwiderstand, Indukti­ vität stromabhängiger Induktivität der Speicherdrosseln sowie Kapazität des mindestens einen Ausgangskondensators (C₂₁; C₂₂) aufweist.

25. Tiefsetzsteller nach Anspruch 24, bei welchem die im Speicher gespei­ cherten Werte laufend aktualisiert werden.

26. Tiefsetzsteller nach Anspruch 24, welcher einen weiteren Speicher aufweist, in welchem aktualisierte Werte gespeichert werden.

27. Tiefsetzsteller nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei welchem beim erstmaligen Beschalten einer Last deren statisches und dynamisches Verhalten innerhalb vorgebbarer Grenzen von Strom und Spannung mittels einer Stimulierung erfaßt und in einem Speicher abgelegt wird.