DE2038811C3 - Gerät zur Erzeugung geregelter Gleichspannungen bzw. -ströme - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerat zur Erzeugung geregelter Gleichspannungen bzw. -ströme mit einer Zerhackerschaltung, die mindestens einen auf einem Kühlkörper angeordneten Halbleiter aufweist.

In Geräten zur Erzeugung geregelter Gleichspannungen bzw. -ströme werden häufig Zerhackerschaltungen verwendet, die im Vergleich zu den auf analoger Basis arbeitenden Regelschaltungen einen größeren Wirkungsgrad, kleinere Verlustleistungen, kleinere Abmessungen, weniger Transistoren und größere Ausgangsleistungen aufweisen. Die Geräte dienen insbesondere zur Vei sorgung von Schaltkreisen nachrichtenverarbeitender Geräte mit Strömen bzw. Spannungen. Es ist bei Zerhackerschaltungen bekannt, die Schalttransistoren auf Kühlkörpern zu befestigen, um eine bessere Abkühlung der Transistoren zu erhalten (Buch v. S. W. Wagner: Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte, 1964, S. 590 und 591).

Eine bekannte Kühlanordnung für Transistoren besteht aus einem U-förmigen Träger, auf dessen Seitenwänden Transistoren montiert sind. An den Stirnseiten des U-förmigen Trägers sind Kühlbleche im Abstand voneinander parallel angeordnet. Die Kühlblechebenen velaufen senkrecht zu den Seitenwänden des U-förmigen Trägers. Durch die öffnungen zwischen den Kühlblechen wird Kühlluft bewegt. Im Inneren des U-förmigen Trägers sind Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen montiert, die über die eine offene Seite des Trägers zugänglich sind (US-PS 34 16 597).

Weiterhin ist es bekannt, siabilisierte Stromversorgungsgeräte auf Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen anzuordnen. Auf diesen Leiterplatten sind auch Kühlbleche befestigt, die Leistungstransistoren tragen. Die Kühlbleche bestehen aus jeweils einer, parallel zur Leiterplattenebene verlaufenden Grundplatte, aus der Kühlerrippen herausragen (Funkschau 1970, Heft 10, S.

Als Träger für die Bauelemente elektrischer Schaltkreise dienen Leiterplatten, die in Einschöbe einsteckbar sind. Um die Verluste auf den Stromversorgungsleitungen zu vermindern, ist es günstig, die Stromversorgungsgeräte in der Nähe der Leiterplatten der Schaltkreise in freigehaltene Abschnitte der Einschöbe einzufügen. Die von den Ausgängen der Stromversorgungsgeräte zu den Verbrauchern verlegten Leitungen werden dadurch kurz. Da die Leistungsentnahme der Verbraucher im Betrieb Schwankungen unterworfen ist, ändern sich die Ströme in den Zuleitungen. Der Istwert für die Spannungs- bzw. Stromregelung wird zumeist an den Ausgängen des Stromversorgungsgeräts abgegriffen. Kurze Leitungen zwischen den Stromversorgungsgeräten und den Verbrauchern verringern daher die trotz StiOm- oder Spannungsregelung an den einzelnen Verbrauchern auftretenden Strom- bzw. Spannungs Schwankungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs erwähnten Gattung derart weiterzuent wickeln, daß bei minimalen Abmessungen eine Beein flussung benachbarter Schaltkreise durch störende elektromagnetische Wechselfelder vermieden wird, die infolge der in der Zerhackerschaltung fließenden, großen pulsierenden Ströme hoher Frequenz entstehen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlkörper mit weiteren Kühlkörpern als geschlossenes, elektrisch leitendes, die den Leistungs Stromkreisen der Zerhackerschaltung zugehörigen Komponenten umgebendes, mit öffnungen für Leitungen versehenes Gehäuse ausgebildet ist, dessen Abmessungen den Weiten von Einschüben zur Aufnahme gedruckter Leiterplatten angepaßt und dessen Kanten als Führungsleisten zum Einschieben in Nuten der Einschöbe ausgebildet sind.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Kühlkörper nicht nur zur Kühlung der Transistoren, sondern auch zur Abschirmung von elektromagnetischen Feldern dienen, die von in Leistungstransistoren, Drosseln, Dioden und den zugeordneten Leitungen fließenden pulsierenden Strömen erzeugt werden.

Innerhalb des Gehäuses sind z. B. ein Übertrager für die Zufuhr der Taktfrequenz zu dem auf dem Kühlkörper befestigten Schalttransistor, eine dem Transistor nachgeschaltete Glättungsdrossel, ein Kondensator für die auf dem Kühlkörper befestigte Kommutierungsdiode und Widerstände sowie Kondensatoren fur den Basisstromkreis des Schalttransistors untergebracht. Der Übertrager und die Glättungsdrossel sowie der Kondensator können unter Zwischenschaltung von elektrisch isolierenden Körpern am Gehäuse befestigt sein, während die Widerstände mit den zugehörigen Kondensatoren freitragend an ihren Anschlußenden mit den elektrischen Teilen im Innern des Gehäuses verbunden sind.

Die nach dem Zerhackerprinzip arbeitenden Netzgeräte lassen sich bei einer Ausbildung in der oben

nen Art in Einschüben neben Leiterplatten den zu versorgenden Schaltkreisen einfügen, ohne unzulässige Störspannungen die einwandfreie »eise der Schaltkreise stören. Zusätzliche kbschirininittel, die eine Volumenvergrößerung der ersorgungsgeräte hervorrufen und die Kühlung iern, sind bei der oben beschriebenen Anord- ^ nicht erforderlich. Der konstruktive Aufwand ist ei der Anordnung daher gering. Mit der Anordnung

die Schwierigkeiten beseitigt, die bei den

nach dem Zerhackerprinzip arbeitenden der Ausbildung möglichst kurzer Leitungen vischen den Geräten und den gedruckten Leiterplatten mit den zu versorgenden Schaltkreisen entgegenste-

Diese Vorteile machen sich besondern bei drigen Versorgungsspannungen für mit hohen iltfrequenzen arbeitende Schaltkreise bemerkbar. von Wechselströmen durchflossenen Leitungen önnen bei der oben beschriebenen Anordnung sehr

: ausgeführt werden. Dies vermindert in vorteiihafler Weise die Verluste und Spannungsabfälle. Deshalb können die Netzgeräte bei Verwendung von Schalttransistoren mit hoher Grenzfrequenz mit Frequenzen von mehr als 20 kHz betrieben werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordrung besteht in der Einsparung von Tragkonstruktionen für die elektrischen Teile der Zerhackerschaltung, beispielsweise für die Glättungsdrossel oder den Übertrager. Der Verzicht auf eine solche Tragkonstruktion ermöglicht zugleich eine Verminderung der Abmessungen des Geräts.

In einer bevorzugten Auslührungsform ist vorgesehen, daß vorspringende Seitenwände des Gehäuses parallel laufende Nuten aufweisen, in die gedruckte Leiterplatten einschiebbar sind.

Auf einer derart befestigten gedruckten Leiterplatte lassen sich zweckmäßigerweise die Oszillatorschaltung und die Regelkreise zur Beeinflussung der Taktfrequnez unterbringen. Die vorspringenden Seitenwände bewirken eine ausreichende Abschirmung der nur mit kleinen Steuerströmen beaufschlagten Stromkreise. Das Kühlkörpergehäuse dient in vorteilhafter Weise als Tragrahmen für die gedruckte Leiterplatte, so daß weitere Mittel für die Befestigung der Leiterplatte eingespart werden können. Die Anordnung der Leiterplatte erlaubt gleichzeitig eine raumsparende Ausbildung des Geräts.

Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß das Gehäuse an einer senkrecht zu den Führungsleisten angeordneten Frontplatte befestigt ist.

Diese Ausführungsform erleichtert die Handhabung und die Montage des Geräts in den zur Aufnahme gedruckter Leiterplatten vorgesehenen Einschüben.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind senkrecht auf den mit Kühlrippen versehenen Seitenwänden stehende Abstandsbolzen angeordnet, an denen gedruckte Leiterplatten befestigbar sind, die mit Steckern versehen sind, die in an den Magazinen befestigten Gegenstücken einsteckbar sind.

Über den Stecker der seitlich befesvgten gedruckten Leiterplatte können die Ausgänge für geregelte oo Gleichspannungen bzw. -ströme mit den zu den gedruckten Leiterplatten im Einschub führenden Versorgungsleitungen verbunden werden. Zugleich lassen sich über den Stecker der seitlichen Leiterplatte von einem Transformator oder einem Transformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter kommende ungeregelte Spannungen den Eingängen der Regelschaltungen zuführen. Auf der gedruckten Leiterplatte können ferner elektrische Teile für die Regelschaltung, z. B. ein Widerstandsteiler zum Abgreifen des Istwerts der Ausgangsspannung, angeordnet sein. Diese Ausführungsform nutzt das Kühlkörpergehäuse als Tragkonstruktion für weitere Schaltkreise und für die Mittel zur Energiezufuhr und -abgabe. Durch den Verzicht auf Tragrahmen und Befesiigungsbleche erlaubt die Ausführungsform eine raumsparende Ausführung des Geräts. Weiterhin läßt die Ausführungsform in vorteilhafter Weise eine leichte und schnelle Montage bzw. einen schnellen Austausch der Geräte in den Einschüben zu.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Unteransprüchen in Verbindung mit einem nachfolgend an Hand der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispie! ersichtlich. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines Geräts von der rückwärtigen Seite,

F i g. 2 eine Ansicht von oben im Schnitt längs der LinienI [vonFig. 1,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines in einen Einschub eingefügten Geräts.

Ein in einem Zerhackerschaltkreis benutzter Transistor 1 (Fig.2) ist elektrisch isoliert auf einem mit Rippen 2 versehenen Kühlkörper 3 befestigt. Der Kühlkörper 3 weist eine rechteckförmige Grundplatte 4 auf. Rechteckförmige Platten 5, 6, 7, 8 sind im rechten Winkel zu der Grundplatte 4 stehend an dieser befestigt. In der Fi g. 2 sind Befestigungsschrauben 9 bzw. 10 für die Platten 7 bzw. 8 dargestellt. Die Platten 5,6 sind auf die gleiche Weise wie die Platten 7, 8 an der Grundplatte 4 festgeschraubt. Die Befestigungsschrauben für die Platten 5, 6 sind jedoch nicht näher dargestellt.

Ein Kühlkörper 11 mit Kühlrippen 12 verschließt das aus den Kühlkörpern 3, 5, 6, 7 und 8 bestehende kastenförmige Gehäuse. Der Kühlkörper 3 besitzt zweckmäßigerweise die gleiche Form wie der Kühlkörper 11. Die Kühlkörper 3, 7 und 11 erhalten öffnungen 13,14 und 15 für die Zufuhr von Leitungen 16,17,18 in das Innere des durch die Kühlkörper 3,5,6, 7,8 und 11 gebildeten Gehäuses. Im Innern dieses Gehäuses befinden sich ein Übertrager 19, ein Kondensator 20 und eine Glättungsdrossel 21. Übertrager 19, Kondensator 20 und Drossel 21 sind auf elektrisch isolierenden Platten 22,23,24 befestigt, die mittels Schrauben 25,26, 27 auf der Innenseite des Kühlkörpers 11 festgeschraubt sind. Eine nicht näher dargestellte Kommutierungsdiode ist elektrisch isoliert mit dem Kühlkörper 5 verbunden.

Die Glättungsdrossel 21, der Kondensator 20, der Transistor 1 und die nicht näher dargestellte Kommutierungsdiode bilden mit den zugehörigen Verbindungsleitungen größere Leistungen führende Schaltkreise. Die Schaltfrequenzen liegen oberhalb von 20 kHz. Durch das Schalten großer Ströme mit hohen Frequenzen bilden sich starke elektromagnetische Felder im Innern des aus den Kühlkörpern 3,5,6,7,8 und 11 bestehenden Gehäuses aus. Diese Felder werden durch die elektrisch leitend miteinander verbundenen Kühlkörper 3, 5, 6, 7 und 8 abgeschirmt und können nicht in den Raum außerhalb dieser Kühlkörper gelangen. Elektrische Leitungen in der Nachbarschaft der Kühlkörper 3, 5,6, 7, 8 bleiben deshalb von induzierten Störspannungen frei.

Der Kühlkörper 7 ist gegen den Rand der Kühlkörper 3 und U zurückgesetzt. Die Kühlkörper 5 und 6 schließen mit dem oberen Rand des Kühlkörpers 7 ab. Dadurch entstehen an den Kühlkörpern 3 und 11

vorspringende Seiten, in deren Wände Nuten 25, 26 eingefräst sind. In die Nuten 25, 26 ist eine gedruckte Leiterplatte 27 eingeschoben. Die Platte 27 trägt alle Teile, die zu der Oszillatorschaltung sowie zur Regelschaltung zur Veränderung der Taktfrequenz gehören. Die Verbindungsleitungen zwischen den Teilen auf der Platte 27 und den Teilen im Innern des durch die Kühlkörper 3, 5, 6, 7, 8, 11 gebildeten Gehäuses verlaufen durch die öffnung 15. Da in den Stromkreisen der Platte 27 nur kleine Steuerwechselströme fließen, genügen die vorspringenden Seiten der Kühlkörper 3 und 11 und deren elektrisch leitende Verbindung durch den Kühlkörper 7 für die Abschirmung der entstehenden schwachen elektromagnetischen Felder. Sollte die Abschirmwirkung dieser drei Teile nicht ausreichen, dann kann durch die Befestigung einer Metallplatte an den Kühlkörpern 3 und 11 oberhalb der Platte 27 ein geschlossener elektrisch leitender Kreis gebildet werden, der die Abschirmung verbessert.

Senkrecht zur Grundplatte 4 sind Abstandsbolzen 48 auf dem Kühlkörper 3 befestigt. Die Abstandsbolzen 48 tragen eine mittels Schrauben 49 befestigte gedruckte Leiterplatte 28, an deren einer Seite ein Stecker 29 angenietet ist. Nicht näher bezeichnete Anschlußstifte des Steckers 29 sind mit Leitungsbahnen auf der Platte 28 verbunden. Die Leitungsbahnen der Platte 28 enden teilweise in Stiften 30 oder Klemmschrauben 31, von denen Leitungen, z. B. die Leitung 17, durch Öffnungen, z. B. 13, in das Innere des durch die Kühlkörper 3,4,5,6, 7 und 11 gebildeten Gehäuses geführt sind. Die Leiterplatte 28 trägt ferner einen Widerstand 32, an dem der Istwert der Ausgangsspannung abgegriffen wird. Über die Stifte des Steckers 29 werden die geregelten Gleichspannungen bzw. -ströme an die nicht näher bezeichneten Anschkißleitungen der zu versorgenden Leiterplatten abgegeben. Andere Anschlußstifte des Steckers 29 dienen als Zufuhr für die ungeregelte Spannung. Die ungeregelte Spannung kann der Sekundärseite eines Transformators unmittelbar als Wechselspannung entnommen werden. Dann müssen auf dem Gerät noch Gleichrichter angeordnet werden. Vielfach sind die Gleichrichter bereits in der Nähe des Transformators montiert, so daß über den Stecker 29 eine ungeregelte Gleichspannung angeliefert wird.

Zur Glättung der ungeregelten Gleichspannung dient ein Kondensator 33, der durch Leitungen 34 mit Anschlußstellen auf der Platte 28 verbunden ist. Der Kondensator 33 ist mittels einer Rohrschelle 35 auf einer Frontplatte 36 befestigt, die eine Griffleiste 37 enthält. An der Frontplatte 36 ist eine elektrisch isolierende Platte 38 festgeschraubt, mit der die Kühlkörper 3,5,6,8 und 11 verbunden sind. Die Platte 38 dient zur Einstellung des richtigen Abstands zwischen dem Stecker 29 und einem nicht näher dargestellten Slecksockel, der in einem Einschub angeordnet ist. Durch entsprechende Berücksichtigung dieses Abstands bei der Anordnung der Platte 28 hinsichtlich des Abstands von der Platte 36 kann die Platte 38 entfallen. Auf der Frontplatte ist weiterhin ein Kondensator 39 angeordnet, der zu nicht näher dargestellten Ausgangsleitungen des Geräts parallel geschaltet ist.

Die Kanten der Kühlkörper 3 und 11 sind als Führungsleisten 40, 41 ausgebildet und bilden mit der Ebene der Frontplatte 36 einen rechten Winkel.

In Fig.3 ist ein vier gleiche Profiltragschienen 42 enthaltender Mittelabschnitt eines 19" Einschubs, in den die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Einheit eingeschoben ist. Quer zu den Tragschienen 42 verlaufen Führungsschienen 43, die nicht näher dargestellte Nuten enthalten. Die Führungsschienen 43 sind in dem für zwei nebeneinander stehende gedruckte Leiterplatten vorgesehenen Abstand voneinander angeordnet. In die Nuten der Führungsschienen 43 greifen die Führungsleisten 40, 41 des in F i g. 1 und F i g. 2 gezeigten Geräts ein. Die Höhe der Kühlkörper 3 und 11 mit den zugehörigen Führungsleisten 40 und 41 ist dem Abstand zweier übereinander angeordneter Führungsschienen 43 angepaßt Die Weite zwischen den Führungsleisten 40, 41 entspricht dem Abstand zweier oder mehl crer Schienen 43.

Die Profiltragschienen 42 sind mit T-förmigen Nuten 44 versehen, in denen Leisten 45 mit Gewindebohrungen 46 verschiebbar angeordnet sind. Die Frontplatte 36 ist mittels hinterdrehter Schrauben 47 an den Gewindeleisten 45 befestigt. Im eingesetzten Zustand des in F i g. 1 und F i g. 2 gezeigten Geräts greift der Stecker 29 in einen nicht näher dargestellten Stecksockel ein, der an den Tragschienen 42 befestigt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Erzeugung geregelter Gleichspannungen bzw. -ströme mit einer Zerhackerschaltung, die mindestens einen auf einem Kühlkörper angeordneten Hableiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (3) mit weiteren Kühlkörpern (8,5,6,7,11) als geschlossenes, elektrisch leitendes, die den Leistungsstromkrei- sen der Zerhackerschaltung zugehörigen Komponenten (19, 20,21) umgebendes, mit öffnungen (13, 14,15) für Leitungen versehenes Gehäuse ausgebildet ist, dessen Abmessungen den Weiten von Einschüben zur Aufnahme gedruckter Leiterplatten angepaßt und dessen Kanten als Führungsleisten (40, 41) zum Einschieben in Nuten der Einschöbe ausgebildet sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorspringende Seitenwände des Gehäuses parallel laufende Nuten (25, 26) aufweisen, in die gedruckte Leiterplatten (27) einschiebbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an einer senkrecht zu den Führungsleisten (40, 41) angeordneten Frontplatte (36) befestigt ist

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Zerhackerschaltung eingangs- und ausgangsseitig vorgesehenen Kondensatoren (33,39) auf der Frontplatte (36) neben dem Gehäuse angeordnet sind.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht auf den mit Kühlrippen (2) versehenen Seitenwänden stehende Abstandsbolzen (48) angeordnet sind, an denen gedruckte Leiterplatten (28) befestigbar sind, die mit Steckern (29) versehen sind, die in an den Magazinen befestigten Gegenstücken einsteckbar sind.