DE2022708A1

DE2022708A1 - Gleichspannungsumrichter,insbesondere mit galvanisch getrennten Eingangs- und Ausgangskreisen

Info

Publication number: DE2022708A1
Application number: DE19702022708
Authority: DE
Inventors: Lothar Bartoleit; Walter Hermann
Original assignee: NEUMANN ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: NEUMANN ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1970-05-09
Filing date: 1970-05-09
Publication date: 1971-11-25

Description

Gleichspannungsumrichter, insbesondere mit galvanisch getrennten Eingangs- und Ausgangskreisen.
beim Betrieb von elektrischen Anlagen, die nit Gleichspannung betrieben werden, insbesondere beim Betrieb von Fernmeldeanlagen, ist es häufig erforderlich, eine zur Verfügung stehende Gleichspannung in eine im allgemeinen wesentlich niedenegeve Gleichspannung umzurichten. Eine solche Umrichtung kann dadurch erfolgeii, daX die überschüssige Gleichspannung vernichtet wird, z.B. durch Verwendung von Potentionetern oder Halbleitern.
Diese Anordnungen haben nicht nur den nachteil, daß ein großer Teil der Energie vernichtet, d.h. in Wärme umgewandelt wird, sondern sie haben auch den weiteren Nachteil, daß dabei eine galvanische Trennung des Eingangs- und Ausgangskreises nicht möglich ist. Es sind auch Gleichspannungsllmrichter bekannt, bei denen die Gleichspannung mittels mechanischer oder elektrischer Einrichtungen, wie Zerhacker oder Wechselrichter, in eine Wechselspannung verwandelt wird, die dann über einen Transformator in eine Wechselspannung der gewünschten Höhe umgespannt wird, worauf diese Wechselspannung wieder gleichgerichtet wird. Diese bekannten Anordnungen sind störungsanfällig und haben den weiteren Nachteil, daß Schwatikungen in der Eingangsspannung sich voll auf die Höhe der ausgangsspannung auswirken.
Gegenstand der ifr;rfindung ist ein Gleichspannungsumrichter, der nicht nur eine galvanische Trennung von Singangs- und Ausgangskreis ermöglicht, sondern noch den weiteren Vorteil hat, daß die Ausgangsgleichspannung weitgehend von der döhe der Eingangsgleichspannung unabhängig ist, sich also insbesondere Spannungsschwankungen der Eingangsspannung nicht auf die wusgangsspannung auswirken Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Wechselstromgenerator geringer Leistung eine Wechsel spannung erzeugt, die in einem von der Eingangsgleichspannung gespeisten Verstarker, vorzugsweise egentaktverstärker, verstärkt und in einem Gleichrichter in eine Gleichspannung ungewandelt wird Dabei ist die Ausgangsgleichspannung in der Hauptsache von der Spannungsamplitude der vom Wechselstromgenerator gelieferten Spannung abhängig, so daß die Ausgangsspannung durch entsprechende Einstellung oder Regelung dieses Wechselstrongenerators auf dem gewünschten Jert ehalten werden kann. Um die Ausgangsspennung auch gegen Laständerungen zu stabilisieren kann ein Gegentaktverstärker mit negativer Rückkopplung verwendet werden. Die gelieferte Ausgangsspannung kann in üblicher leise durch oiebglieder geglättet werden.
Es besteht aber auch die möglichkeit in Fällen, in denen eine Wechselspannung gewünscht wird, an der Ausgangsseite eine Wechselspannung zu entnehmen, wobei nicht nur die Spannung, sondern auch die Frequeuz am Wechselspannungsgenerator eingestellt werden kann.
Um durch Belastungsänderungen bedingts Spannungsänderungen auszugleichen kann ferner die Amplitude der von dem nechselspannungsgenerator gelieferte. vAechselspannung in Abhängigkeit von der Ausg-gangsgleichspannung geregelt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Wechselspannungsgenerator zusätzlich belastet wird durch ein foto elektrisches oder magnetelektrisches Element, das durch einen Lichtstroin bzw. einen magnetfluß beeinflub wird, der von der Ausgangsgleichspannung abhängig ist, so daß bei Erhöhung der Ausgangsgleichspaiinung die Größe des Widerstandes dieses Elealentes abnimmt und dadurch der \Wechselspannurlgsgenerator zusätzlich belastet wird. Als magnetelektrische Elemente können beispielsweise Feldplatten, magnetdioden oder Hallgeneratoren verwendet werden. Eine andere möglichkeit der Regelung besteht darin, daß an den Wechselspannungsgenerator zusätzlich ein Transformator angeschlossen ist, der sekundärseitig durch eine an die Ausgangsgleichspannung angeschlossene Diode belastet wird.
In den Abbildangen sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Schaltungen von Gleichspannungsumrichtern nach der Erfindung dargestellt.
Bei der Anordnung nach Figur 1 soll die verhältnismäßig hohe spannung der Gleichspannungsquelle 1 unter galvanischer Trennung der beide btromkreise in eine niedrige puisierende Gleichspannung umgewandelt werden, die an den Klemmen 2 abgenommen werden kann. Ein kleiner Sinusgenerator 3, der nur eine sehr geringe Leistung abgeben niuß, liefert eine konstante Wechselspannung an den Transformator 4, der die in Gegentaktschaltung geschalteten Transistoren 5 ansteuert, die aus der Gleichspannungsquelle 1 gespeist werden. An diese Gegentaktstufe ist der Transformator 6 angeschlossen, die sekundärseitig von diesem Transformator abgegebene wechselspannung kann mittels des Gleichrichters 7 oder unter verwendung irgendeiner anderen Gleichrichterschaltung gleichgerichtet werden. Es ist leicht ersichtlich, daß die an den Klemmen 2 abgenommene Gleichspannung bei gleicher Auslegung der Gegentaktstufe und gleichem Übersetzungsverhältnis der Trausformatoren in der Hauptsache von der Spannung der von dem Generator 3 gelieferten Wechselspannung abhängt, so daß durch diese Wechselspannung die Größe der an den Klemmen 2 abgenommenen Gleichspannung bestimmt ist.
figur 2 zeigt, wie bei -Verwendung einer im übrigen gleichen 3chaltung durch eine negative Rückkopplung, beispielsweise durch die Widerständer 8, die Ausgangsspannung auf einfache gleise gegen Laständerungen stabilisiert werden kann.
Figur 3 zeigt eine möglichkeit die Ausgangsspannung ali den Klemmen a dann konstant zu halten, wann zur Glättung der Ausgangsspannung noch ein Kondensator 13 vorgesehen ist. Hier ist bei einer sonst gleichen Schaltung an die Ausgangsklemmen 2 eine bichtquelle 10 angeschlossen, deren Helligkeit von der Spannung abhängig ist. imine solche lichtquelle kann eine GlWhlampe oder insbesondere, wann die Aordnung Erschütterungen ausgesetzt ist, bei denen der Faden der Glühlampe beschädigt werden könnte, auch ein Halbleiter z0B. eine Luminesmenzdiode sein, Das Licht dieser Lichtquelle fällt auf einen Fotowiderstand 11, der unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 12 an den Ausgang des Generators 3 angeschlossen ist. Bei Erhöhung der Ausgangsgleichspannung steigt der auf den Fotowiderstand 11 fallende Lichtstrom an, wodurch der Ohm'sche Widerstand im Fotowiderstand abnimmt und damit das Spannungsteilerverhältnis zwischen dem Widerstand 12 und dem Fotowiderstand 11 vergrößert wird, so daß die an der Primärseite des Transformators 4 anstehende Spannung abnimmt.
Eine andere Anordnung, um die Ausgangsspannung an den Klemmen 2 konstant zu halten, zeigt Figur 4. Auch hier ist wieder von der gleichen Grundschaltung ausgegangen. Im Ausgangskreis des Generators 3 ist wieder ein Widerstand 12 vorgesehen, der mit der Primärwicklung des Transformators 4 einen Spannungsteiler bildet, der durch den Transformator 15, dessen Primärseite zu dem Widerstand 12 parallel liegt, beeinfluß wird. Die bekundärseite dieses Transformators ist über einen lLondensator 16 mit einer Diode 18 verbunden, die so geschaltet ist, daß sie für die Gleichspannung an den Klemmen 2 durchlässig ist.
Steigt die Ausgangsspannung an den Klemmen 2, so nimmt der Strom über den Widerstand 17 in der Diode zu, wodurch ihr Widerstand sinkt, so daß der Transformator 15 stärker belastet wird.
Dadurch vergrößert sich das Spannungsteilerverhältnis zwischen dem Widerstand 12 und der Primärwicklung des Transformators 4, so daß die an der Primärseite des Transformators 4 anstehende Wechselspannung abnimmt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ferner vorgesehen, dafS zur Erzielung einer weitgehend konstanten Gleichspannung die vom Transformator 6 gelieferte Wechselspannung durch einen Vollweggleichrichter 20 gleichgerichtet wird. Es ist selbsterständlich, daß die Art der Gleichrichtung unabhängig ist von der Art wie die Ausgangsspannung konstant gehalten wird.
P a t e n t a n s p r ü c h e

Claims

Patentansprüche 1. Gleichspannungsumrichter, insbesondere mit galvanisch getrennten Singangs- und Ausgangskreisen, bei dem die Spannungsumrichtung über den Transformator erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselspannungsgenerator (3) geringer Leistung eine Wechselspannung erzeugt, die in einen von der Eingangsgleichspannung (1) gespeisten Werstärker, vorzugsweise Gegentaktverstärker (5) verstärkt und in einem Gleichrichter .(7, 20) in eine Gleichspannung umgewandelt wird.
2. Gleichspannungsumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegentaktverstärker mit negativer Rückkopplung verwendet wird.
3. Gleichspannungsumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pulsierende Gloichstrom durch Siebglieder (13) geglättet wird.
4. Gleichspannungsumrichter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der von dem Wechselspannungsgenerator (3) gelieferten Wechselspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsgleichspannung geregelt wird.
5. Gleichspannungsumrichter nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nzeichnet, daß die Regelung der Spannungsamplitude der von dem 9dechzelspanaungsgenerator (3) gelieferten Wechselspannung dadurch erfolgt, daß der Wechselspannungsgenerator zusätzlich belastet wird durch ein foto elektrisches Element (11), das durch einen Lichtstrom belichtet wird, der von einer an die Ausgangsgleichspannung angeschlossenen nicht quelle (10) ausgeht.
6. Gleichspannungsumrichter nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nzeichnet, daß die Regelung der Spannungsamplitude der von dem Wechselspa nungsgenerator (3) gelieferten Wechselspannung dadurch erfolgt, daß der Wechselspannungsgenerator zusätzlich belastet wird durch ein magnetoelektrisches Element, das von einem magnetfluß beeinfluXt wird, der von der Ausgangsgleichspannung abhängig ist.
7. Gleichspannungsumrichter nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Regelung der Spannungsamplitude des von den .fechselstromgenerator (3) gelieferten Sechselstromes dadurch erfolgt, da der Wechselstromgenerator zusätzlich belastet wird durch einen Transformator (15) der sekundäR seitig durch eine an die Ausgangsgleichspannung angeschlossene Diode (18) belastet ist.

L e e r s e i t e