DE2062294A1

DE2062294A1 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE2062294A1
Application number: DE19702062294
Authority: DE
Inventors: Jean Victor Deurne Antwerp Natens Marcel Clement Rene Aguirre Manuel de Antwerp Martens, (Belgien)
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1969-12-19
Filing date: 1970-12-17
Publication date: 1971-06-24
Also published as: US3657631A; BE760442A; NL6919147A

Description

Patentanwalt ,

Dipl.-Phys.Leo Thul -

Stuttgart 206 2 2

J.Martens-M.Natens-M.de Aguirre 52-5-1

INTEMATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Wechselrichter ■

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit zwei in einer Gegentakt- B -Stufe auf einen Ausgangstransformator arbeitenden steuerbaren Schaltelementen und mit einem diese Schaltelemente steuernden und zwei Impulszüge mit unterschiedlicher Phasenlage abgebenden Steuergenerator. Ein derartiger Wechselrichter ist beispielsweise aus der US-Pat ent schrift .3 1^5 ~5J>k bekannt.

Dieser bekannte Wechselrichter Ist jedoch für den Betrieb bei verhältnismäßig hohen Frequenzen, beispielsweise bei etwa 20 kHz, ungeeignet. Bei der zuletzt genannten Frequenz ist die Gleichstromkomponente der Wechselrichterausgangsspannung nicht mehr vernachlässigbar. Diese Komponente sättigt den Ausgangstransformator, wenn keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden. Diese Unsymmetrie der Wechselrichterausgangsspannung ist hauptsächlich durch das ungleiche Speichervermogen der als steuerbare Schaltelemente verwendeten Leistungstransistoren und zu einem geringeren Grad durch ungleiche Speicherzelten derjenigen Transistoren bedingt, die üblicherweise in den Treiberstufen verwendet werden. Daher werden sogar dann, wenn die Steuerimpulse der beiden Leistungstransistoren einander völlig gleichen, im allg*emelnen die Ausgangsstromimpulse dieser beiden Transistoren nicht die gleiche Länge haben. Der sich-ergebende Magnetisierungsglelchstrom, zu dem Strom des einen Leistagstrarisistors zuaddiert und vom Dtrom des anderen Leistungatransistors subtrahiert, kann

KrU/Mr -/-

11.Dez.1970 ' .

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eine Zerstörung des erstgenannten Leistungstransistors be-

da
wirken, der Ausgangstransformator über die entsprechende Primärwicklungshälfte gesättigt wird und damit zu diesem Zeitpunkt dieser Leistungstransistor unmittelbar an der Betriebsspannungsnuelle liegt und demzufolge seine zulässige Verlustleistung überschritten wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin,einen Wechselrichter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der vorgenannte Nachteil vermieden ist. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß mittels Ableitungsschaltmittel aus den Arbeitsstromkreisen der steuerbaren Schaltelemente zwei den Strömen durch diese Schaltelemente proportionale Spannungen abgeleitet werden, daß diese Spannungen einer Vergleichseinrichtung zur Bildung einer Differenzspannung zugeführt werden und daß diese Differenzspannung an den Steuergenerator angelegt wird und diesen derart beeinflußt, daß die Stromimpulsbreiten durch die beiden steuerbaren Schaltelemente im Vergleich zueinander im wesentlichen gleich groß gehalten werden.

Ein V/echselrichter mit diesen Merkmalen läßt sich insbesondere in geregelten Gleichspannungswandlern anwe nden

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Pig.l einen geregelten Gleichspannungswandler gemäiS der Erfindung;

Fig.2 ausführliche Schaltungsanordnungen von einem Teil des Gleichspannungswandlers nach Pig.l.

Der in Pig.l gezeigte geregelte Gleichspannungswandler weist im /',ui-';g der Gleiohspanriurigswandlung folgende Glieder auf:

eine uriger'ffj-1 te G ieLch;;tromquel.le ΐΐ,ι-,.ί). eine Batterie

1 Ο Γ? ϊί, .-/1166

BAD OSiiölNAL

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mit 48V ± 15$, ein Eingangstiefpaßfilter--LjZC₁, einen gesteuerten Wechselrichter mit zwei Leisbungstransistoren Q₁ und Qg sowie die mit diesen Leistungstransistqren verbundenen Steuerschaltungen und eine Gleichrichter- und Glättungsschaltung, die aus vier Dioden VL - W. und Ausgangstiefpaßfiltern LgZC-, und L^ZCj. besteht. Der positive Pol der Gleichstromquelle B ist mit der Erdungsklemme verbunden, während der negative Pol der Gleich- ; stromquelle B über eine Glättungsdrossel L₁ einerseits an das eine Ende der betreffenden Primärwicklungen zweier identischer Stromwandler-Übertrager CT; und CTp und andererseits über den Kondensator'.Cj> zudem eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R₁ und einem Kondensator C₂ parallel liegt, an die Erdklemme angeschlossen. Die anderen Enden der Primärwicklungen der Transformatoren CT₁ und CTg sind individuell mit den Emittern zweier zugeordneter npn-Leistungs transistoren Q₁ und Qg verbunden, deren Kollektoren reit zugeordneten Enden der Primärwicklung eines Ausgangstransformators PT verbunden sind. Diese Primärwicklung ist mit ihrem Mittelabgriff an die Erdklemme angeschlossen. Die Basis-Emitter-Strecken, der Transistoren Q₁ und Qg sind an Sekundärwicklungen zw.eier , jeweils zugeordneter, identischer Treiberübertrager DT, und DTp angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Ausgangstransforrnators PT ist mit ihren Enden an zwei die Dioden Vi₁ - Vi₂, umfassenden Doppelweggleichrichterschaltungen verbunden. Die Mitte dieser Sekundärwicklung ist geerdet. Die Ausgange der beiden Doppelweggleichrichterschaltungen sind jeweils an das eine Ende zweier Wicklungen Lg und L₇ einer Drossel angeschlossen. Diese Wicklungen Lp und L haben die gleiche Induktivität und erzeugen entgegengesetzte Magnet—-flüsse, wie durch die an den Wicklungsenden eingezeichneten Punkte angedeutet is.. Zwischen den anderen Enden der-Wicklungen Lp und L_ und der Erdklemme liegt jeweils eine Parallelschaltung aus einem Kondensator C^, bzw. Ch und einer Lastimpedanz ZL bzw. Z¹L. Auf diese Weise wird den Last- ■

1 0 £ t 2 S / 1 1 6 6 ^BAÖ ORKSiNAL

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impedanzen ZL und Z¹L eine geregelte positive Spannung von 27V und eine geregelte negative Spannung von -27V zugeführt.

Die Steuerschaltung für den Wechselrichter umfaßt drei Rückkopplungswege.

Der erste Rückkopplungsweg umfaßt die Stromwandler-Transformatoren CT, und CTp, deren Sekundärwicklungen zwei identische Spitzengleichrichterschaltungen PR, und PR_g speisen. Die Ausgänge der Schaltungen PR, und PRg sind mit zwei zugehörigen EingäVngen eines Differenzverstärkers DA gekoppelt. Der Differenz —ausgang d und d des Verstärkers DA ist an zwei zugehörige Steuereingänge eines astabilen Multivibrators AM angeschlossen, der zwei abwechselnd leitende Stufen M und M aufweist. Die komplementären Ausgänge m und m des Multivibrators AM sind mit den ersten Eingängen zweier, jeweils drei Eingänge umfassender negativer und Schaltungen G, und Gp verbunden. Die Ausgänge dieser UND-Schaltungen G, und G_? sind jeweils über eine zugeordnete * Treiberstufe DR₁ bzw. DR₂ mit den Primärwicklungen des Treiberübertragers DT. und DTp angeschlossen.

Der zweite Rückkopplungsweg umfaßt zwei Phasenumkehrstufen I, und Ip, die mit ihren Eingängen über Adern h. und h an die Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q₂ und mit ihren Ausgängen an die zweiten Eingänge der negativen UND-Schaltungen G_p und G. angeschlossen sind.

Der dritte Rückkopplungsweg weist eine Hilfswicklung AW des Ausgangstransformators PT auf, die von der Sekundärwicklung dieses Transformators gespeist wird. Diese Hilfswicklung, deren Mittelabgriff geerdet ist, speist selbst wiederum eine an ihren äußeren Enden angeschlossene Gleichrichter- und Glättungsschaltung RS. Die Schaltung RS ist

G-/ 1 166

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In bekannter Weise ausgeführt und kann z.B. durch zwei Gleichrichter W₁₀ZW₁₁ gebildet werden,deren Kathoden mit den betreffenden Enden der Hilfswicklung AW und deren miteinander verbundene 'Anoden über ein nicht gezeigtes ■Glättungsfilter mit einem geerdeten Widerstand IUq verbunden sind. Das den Ausgang der Schaltung RS bildende Ende des Transistors PU_n ist mit dem Eingang eines

S>y ■■■".-.-.

Fehleryerstärkers EA verbunden. DeriAusgang des Verstärkers EA ist an den Steuereingang für die Impulsbreite eines Impulsbreitenmodulators PWM angeschlossen. Der Ausgang ρ des -Modulators- PWM ist mit den dritten Eingängen der negativen UND-Schaltungen Gj. und G₂ verbunden. Der Triggereingang des Impulsbreitenmodulators PWM ist mit dem Ausgang einer zwei Eingänge aufweisenden ODER-Sehaltung 0 verbunden, deren Eingänge an die Ausgänge m und m des Multivibrators AM über zwei Differenzierglieder DF₁ und DFp angeschlossen sind.

Die Steuerschaltung für den Gleichspannungswandler weist ferner eine tiberstromschutzschaltung auf, die eine Schwellwertschaltung TH enthalt. Diese Schwellwertschaltung ist mit ihrem Eingang an den Summenausgang c des Differenzverstärkers TA und mit ihrem Ausgang an den Sperreingang des Impulsbreitenmodulators PWM über eine Ader h-* angeschlossen» ■ ■

FIg.2 zeigt im einzelnen die Schaltungsanordnung des geregelten Gleichspannungswandlers, der in Fig.4 durch die Funkt!onsblöcke dargestellt ist. Der Differenzverstärker DA enthält npn-Transistören Q₁₂ ^xms3t ^13* deren miteinander verbundene Emitter über zwei in Reihe geschaltete Widerstände R~g und r-^_q an den negativen Pol einer stabilisierten Spannungsquelle E₁ angeschlossen sind. Die Basen der Transistoren Q₁₂ und Q₁-Zj die die erwähnten Differenzeingange des Verstärkers DA bilden., sind an die Ausgänge der Spitzengleichrlchterschaltungen PR₁ und PR₂

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angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren Q,ρ und CL., sind einerseits miteinander über einen Kondensator C_Q und andererseits über Widerstände R-,ο und R-^₁₇. mit den Basen zweier pnp-Transistoren Q₁₀ und Q verbunden, die die zwei aktiven Stufen M und M (Fig.l) des astabilen Multivabrators AM bilden. Die Basis des TransistorsQ₁₀ (Q₁₁) ist auch über einen Widerstand R-,- (R-^₇,) mit der Erdklemme und über einen Widerstand R^₀ (R32) mit dem gemeinsamen Verbind ungspunkt der Kathode einer Diode Wo (W₇) und eines Widerstandes Rpg (R₂Q) verbunden. Die Anode der Diode Wn (W₇) ist mit dem Kollektor desTrtansistors Q₁₁ (Qn₀) verbunden, während das andere Ende des Widerstandes R28^^R29 ^ ^an ^^{ie s}P^annunSsquelle E₁ angeschlos

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sen ist. Die Emitter der Transistoren Q und Q^sind jeweils über einen Widerstand R^₁- bzw. R^ mit der Erdklemme und ferner miteinander über einen Kondensator Cg verbunden. Der Multivibrator AM erzeugt normalerweise eine symmetrische .rechteckförmige Ausgangsspannung. Die positionsgleichen Elemente der Stufen M und M haben identische Werte, beispielsweise: R,_Q = R^₂, R^₁ = R^, R,^ = R^, R₂Q = R₂g. Der Kollektor des Transistors Q₁₀ (Q₁₁), der den vorerwähnten Ausgang m (in) des Multivibrators AM bildet, ist an den Triggereingang des Impulsbreitenmodulators PWM über das Differenzierglied DP₁ (DP₂) angeschlossen, welches die Parallelschaltung einer Diode W₁₅(Wg) und eines Widerstandes R₂^(R₂₇) ,beispielsweise R₂g = R = 27k0hm,aufweist, wobei diese Parallelschaltung in Reihe mit einem Kondensator Cg (Ογ) liegt. Diese Differenzierglieder DF₁ und DF₃ differenzieren die positiven Flanken der rechteckförmigen Wellen, die in entgegengesetzter Phasenlage an den Multivibratorausgängen m und m auftreten. Der genannte Triggereingang des Impulsbreitenmodulators PWM wird durch die Basis des Transistros Qq einer bistabilen Schaltung verkörpert, die zwei pnp-Transistoren Qq und Qg enthält. Die Basis

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des Transistors Q„ ist ferner über einen Widerstand R₂₂, ([ 500 Ohm) an die Erdklemme und über einen Widerstand Rp₁-(15 000 Ohm ) an die Spannungsquelle E₁ angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren Q_Qund Qg _s±_n^ auch über zugeordnete Widerstände R₂j_ und ^R22 ^^R21 ^{= R}22 ~ ^ ^^{00 oiim}) mit der Spannungsquelle E, verbunden, während die Emitter dieser Transistoren über einen gemeinsamen Widerstand Rp₁, (33 Ohm) an die Erdklemme angeschlossen sind. Die Basis des Transistors Qo ist einerseits über einen Widerstand R₂Q (1 000 Ohm) an den gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstandes R₂₁ und des Kollektors des Transistors Qq und andererseits über einen Widerstand R^g (220 Ohm) an den Kollektor eines npn-Transistors Q.u angeschlossen. Mit dem Transistor Q₁K wird die Schwellwertschaltung TH gebildet. Der Emitter des Transistors Q₁₂J. ist mit dem negativen Pol einer Bezugsspannungsquelle E₂ verbünden, während die Basis des Transistors Q₁₂J. an den Summenausgang e des Differenzverstärkers DA angeschlossen ist; der Summenausgang c ist der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände R-.~ und R_fI~. Der Kollektor des Transistor^ Qn ist ferner über eine Reihenschaltung aus einer Entkopplungsdiode W_q und einem Widerstand R₁O an die Basis des Transistors Q₇.-einer monostabilen Schaltung angeschlossen, die 2 pnp-Transistoren Qg und Q_ aufweist. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Kathode der Diode Wg und des Widerstandes R₁O ist einerseits über einen Kondensator C₁-mit der Erdklemme und andererseits über einen Widerstand R mit der Spannungsquelle E verbunden. Der geinsame Verbindungspunkt der Basis des Transistors Q„ und des Widerstandes R₁O ist über einen Widerstand R₁^ an die Erdklemme und über einen Widerstand R₁₇. an den Kollektor eines npn-Transistors Q₁ j- angeschlosssen. Der Transistor Q₁ c* ^mik ^dem der Fehlerverstärker EA gebildet ist, ist mit seinem Emitter an den negativen Pol einer Bezugsspannungsquelle E, und mit seiner Basis an den Ausgang einer Gleichrichter- und Glättungs· schaltung RS angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Q_r

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ist einerseits über einen Widerstand R-^ an die Spannungsquelle E₁ und andererseits über die Reihenschaltung eines Widerstandes R₁-, und eines Widerstandes R₁₂ an die Erdklemme angeschlossen, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände R₁^* R₁₂ ^{mit der} Basis des Transistors Qy- verbunden ist. Die Emitter der Transistoren CL- und Q„ x> ο 7

sind über einen gemeinsamen Widerstand R₁ ^ mit der Erdklemme verbunden. Der Kollektor des Transistors Q,-, der den Ausgang ρ des Impulsbreitenmodulators PWM bildet, ist über einen Widerstand Rg mit der Basis des Transistors Q₂, einer bistabilen Schaltung verbunden, die zwei pnp-Transistoren Q-. und Q₂, aufweist.

Diese Transistoren Q-, und Q,, bilden die Treiberstufe DR.

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und sind mit ihren Kollektoren an die Enden der Primärwicklung des Treibertransformators DT₁ über Widerstände Rp beziehungsweise R-* angeschlossen. Der Mittelabgriff der Primärwicklung ist geerdet. Zwischen dem Kollektor des Transistors Q₂, und der negativen Klemme Ε-liegt ein Spannungsteiler aus Widerständen R₂, und R₁-. Dem Widerstand R₂, ist ein Kondensator C₁₀ parallel geschaltet. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände R₂,, R₁- ist an die Basis des Transistors Q^, angeschlossen. Die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren Q_, Q₂, liegen unmittelbar an der negativen Klemme E₁. Die Basis des Transistors Q₂, ist noch über einen Widerstand R₇ mit dem Kollektor eines pnp-TransistonsQj- verbunden. Dieser Transistor Q(-, der die Phasenumkehrstufe Ip bildet, ist mit seinem Emitter an die Erdklemme und mit seiner Basis an den gemeinsamen Verbindungspunkt zweier Widerstände R₁Q und R₁₁ angeschlossen. Die anderen Enden der Widerstände R₁₀ und R₁₁ sind mit der Erdklemme und mit der erwähnten Ader h2 verbunden. Die negative UND-Schaltung G₁ der Plg.l wird durch die Widerstände R₇, Ro, Rq^Rg und den Tran-

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BAD ORIGINAL

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sistor Q₁. der bistabilen Schaltung Q,.,, Qj, gebildet (negative Signale stellen eine logische 1 dar). In ähnllchEr Weise sind der Ausgang ρ des Impulsbreitenmodulators PWM, der Ausgang in des Multivibrators AM und der Ausgang der Phasenumkehrstufe I^ ( in Pig.2 nicht gezeigt) über zugeordnete Widerstände R'g, R'q und R ( nicht gezeigt; Rg =. R¹Q- ^rq ~ ^Rla,' ^R7 = ^Rl '.)■ roifc. ^der Treiberstufe TR_g in Fig.2 nicht gezeigt) verbunden. Die Schaltungsanordnungen für die Umkehrstufe I'i und die Treiberstufe DR_p sind ähnlich wie die umkehrstufe Ip und der Treiberstufe DR, ausgebildet und sind der Einfachheit halber nicht in Fig.2 gezeigt.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise des geregelten GleiGhspannungswandlers in Verbindung mit den Schaltungsanordnungen der Figuren 1 und 2 erläutert.

Die ungeregelte Spannung der Gleichstromquelle B wird über das Eingangsfilter L^/C. und das Dämpfungsglied R./Cg den

toren Q,

ausgeschaltet,, die mittels der Treiberübertrager DT, und DTp an die Emitter und die Basen angelegt werden. Diese Transistoren erzeugen, wie später noch erklärt wird,Stromimpulse mit zueinander gleicher Breite., die der Primärwicklung des Ausgangstransformator PT zugeführt werden. Daher ist die an der Sekundärwicklung auftretende Wechsel-Spannung erdsymmetrisch, d.h. daß die Flächen der negativen Halbwelle und der positiven Halbwelle gleich groß sind. Die Dioden W, bis W. richten diese Wechselspannung gleich, und die doppelweggleichgerichteten Spannungen, die an.den Kathoden der Dioden W₁, Wg und an den Anoden der Dioden W^j W^ abgenommen werden, werden über das Filter G^/G-der Lastimpedanz ZL und über das Filter L,/Lu der Last-Impedanz Z¹L zugeführt. Auf diese Weise werden die La;;t-

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impedanzen ZL und Z'L mit gleichen Gleichspannungen entgegengesetzter Vorzeichen gespeist. Es sei darauf hingewiesen, daß in der praktischen Ausführung de." jleichspannungswandlers individuelle Gleichspannungsstabilisatoren (nicht gezeigt) zwischen den Filtern Lp/^c-z und L^/C. und den zugehörigen Lastimpedanzen ZL und Z'L eingefügt sind, um hochkonstante Ausgangsgleichspannungen zu erhalten.

In Verbindung mit den filtern Lg/C-, und L^/C^ ist zu bemerken, daß. aufgrund der induktiven Kopplung der einer gemeinsamen Drossel zugehörigen Wicklungen L₂ und L-^ein verbesserter Gleichlauf der positiven und negativen Ausgangsspannungen erreicht wird. Wenn nämlich eine der veränderlichen Lastimpedanzen ZL und Z¹L einen unbestimmten Wert annimmt und die andere Lastimpedanz einen normalen Wert hat, dann übersteigt die Spannungswelle am unbelasteten Ausgang nicht einen verhältnismäßig niedrigen Wert, weil der letztgenannte Ausgang immer noch durch die induktive Kopplung der Wicklungen Lp und L, belastet ist. Auf diese Weise werden die Dioden W, bis W^ keinen großen inversen Spannungen ausgesetzt.

Die Egalisierung der Durchschaltzeiten t^ und t₂ derJLeistungstransistoren Q₁ und Q wird durch den erwähnten ersten Rück-

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kopplungsweg hervorgerufen. Die die Transistoren Q₁ und Qp und die Primärwicklungen der Stromwandler-Transformatoren CT. und CT₂ durchlaufenden Stromimpulse erzeugen in den Sekundärwicklungen dieser Transformatoren entsprechend lange Spannungen. Diese Spannungen werden mittels der Schaltungen PR₁ und PR₂ spitzengleich.gerichtet. Die sich ergebenden Gleichspannungen V, und V₂, die zur Dauer der Stromimpulse durch die Transistoren Q-, und Q₀ proportional sind, werden den betreffenden Eingängen des Differenzverstärkers DA, d.h. den Basen der Transistoren Q-,₂ und Qj-5, zugeführt. Wenn die Stromimpulsbreiten t. und ^einander entsprechen (t₁=tp=t),

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sind auch die Spannungen V₁ und Vp gleich. Dasselbe gilt auch für die Kollektorspannungen der Transistoren Q₁ ρ und Q,,,,. Die Basispotentiale der Transistoren Q₁₀ und Q₁₁ sind ebenfalls gleich zueinander, und der Multivibrator AM erzeugt eine symmetrische, rechteckförmige Ausgangsspannung. Wenn angenommen wird, daß eine der Impulsbreiten t, und tp größer als die obengenannte normale Impulsbreite t sowie die andere Impulsbreite kleiner, beispielsweise tj> t > t₂i ist, dann wird die Spannung V₁ positiver als die Spannung Vg. Die Kollektorspannung des Transistors Q₁2 wird daher negativer als die des Transistors Qi-z· Das Basisvorspannungpotential des Transistors Q₁₀ wird auch negativer als das des Transistors Q₁₁* sojdaß der Multivibrator AM nun eine unsymmetrische rechteckförmige Ausgangsspannung erzeugt. In der betrachteten Multivibratorperiode wird dabei die Durchschaltzeit des Transistors Q₁₀ verlängert und die Durchschaltzeit des Transistors Q₁₁ um denselben Betrag verkürzt. Es wird darauf hingewissen, daß die Transistoren Q₁₀ und Q₁₁ des astabilen Multivabrators AM durch die Dioden ¹W₇ und Wg an der Sättigung gehindert werden. Die Differenzierglieder DP₁ und DF₂ differenzieren die positiven Planken der Rechteekwellen, die an den Ausgängen m und m des Multivibrators AM.mit einer Phasenverschiebung von I80 Grad erscheinen. Dabei ist die Frequenz des sich ergebenden Impulszuges am Ausgang der ODER-Schaltung 0, d.h. am gemeinsamen Verbindungspunkt der Kondensatoren Cg und Ογ, zweimal so groß wie die Frequenz des astabilen Multivibrators AM. Der zuletzt genannte Impulszug aus positiven Impulsen gelangt zur Basis des Transistors Qg des Impulsbreitenmodulators PWM und triggert die bistabile Schaltung Qo - Qg mit derselben Frequenz. Im Normalzustand sind der Transistor Qg der bistabilen Schaltung gesättigt und der Transistor Qo gesperrt, dessen

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Basis über den Widerstand R₂-, (33 Ohm), den gesättigten Transistor Qq und den Widerstand Rp₀ (1 OOO Ohm) etwa Erdpotential erhält. Wenn der Basis des Transistors Q_Q ein positiver Impuls zugeführt wird, wechselt die bistabile Schaltung Qq/Qq ihren Schaltzustand solange, wie der positive Impuls dauert. Dabei erhält der Kollektor des gesättigten Transistors Qg etwa Erdpotential,.während der Kollektor des Transistors Q_Q das negative Potential der Spannungsquelle E₁ aufweist. Nachdem die bistabile Qo/Q_q in den umgekehrten Schaltzustand getriggert ist, in dem der Transistor Qg gesättigt und der Transistor Q_q gesperrt ist, wird die Diode W„ leitend, soldaß der Kondensator C,-der monostabilen Schaltung Qg/Qy über den mittels der Diode

W₀, des gesättigten Transistors W_R und des Widerstandes R₀., y sich ° .

gebildeten niederohmigen Weg fast augenblicklich entlad t Der normalerweise leitende Transistor Q₇ wird gesperrt, weil seine Basis auf ein positiveres Potential als das Basisvorspannungpotentials des Transistors Qg gebracht worden ist. Daher ist der Transistor Qg in den leitenden Zustand geschaltet worden. Wenn der kurzzeitige positive Impuls an der Basis des Transistors Q_q verschwindet, dann schaltet die bistabile Schaltung Qq/Qq in den normalen Schaltzustand zurück und dann wird die Diode W_Q wieder in den Sperrzustand gebracht, so daß der Entladeweg des Kondensators C₁- unterbrochen wird. Der Ladestrom des Kondensators Cp- beginnt über die Widerstände R.g und R»o zu fließen, so daß die monostabile Schaltung Qg/Qy in den normalen Schaltzustand zurückschaltet, wenn der Kondensator .C₁- auf ein negativeres Potential als das Basisvorspannungspotential des Transistors Q,- aufgeladen worden ist. Die genannte Ladezeit des Kondensators Cp-' hängt von dem Betrag des Stromes ab, der über den Widerstand R_n„ und den Transistor Q₁₁- des Fehlerverstärkers EA

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abgeleitet wird. Der Transistor Q_1C- arbeitet in seinem linearen Kennlinienbereich. Der von ihm abgeleitete Strom ist eine lineare Funktion der Differenz zwischen der ne-

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■gativen Ausgangsspannung der Schaltung RS und der normalerweise negativeren Spannung der Bezugsspannungsquelle E-,. Je großer die Spannung an der Hilfswicklung AW des Ausgangstransformators PT ist, desto negativer wird die Ausgangsspannung der Schaltung RSj damit zweigt der Transistor Q,|p-weniger Strom von dem Ladestrom des Kondensators Cj- ab, und daher wird der Kondensator Cp. schneller geladen; das bedeutet, daß die monostabile Schaltung QgZQ₇ schneller in ihre normale Schaltstellung zurückschaltet.

Es ist jetzt zu erkennen, daß die positiven Planken der rechteokfö'rmigen, am Ausgang ρ des Impulsbreitenmodulätors PWM auftretenden Welle zusammen mit den Planken der Multivibratorausgangsspannung erscheinen,, daß jedoch die Erscheinungszeitpunkte der negativen Flanken durch den Fehlerverstärker EA gesteuert werden.

Der Transistor Q_c der Phasenumkehrstufe I« bildet einen Teil des erwähnten dritten Rückkopplungsweges und wird zusammen mit dem Transistor Qp ein- und ausgeschaltet. Wenn der Transistor Qp- eingeschaltet'wird, dann führt der Kollektor Erdpotential, während im Ausschaltzustand des Transistors Qp- dessen Kollektor ein negatives Potential hat. Die bistabile Schaltung Q ,/Q ^ der Treiberstufe DR₁ befindet sich im normalen Schaltzustand, wenn der Transistor Q, ein- und der Transistor Q^ ausgeschaltet ist? dies ist der Fall, wenn keiner der Transistoren Q^q* Qg und Q,- eingeschaltet ist, d.h., wenn ihre Kollektoren das negative Potential der Spannungsquelle E₁ aufweisen* Die bistabile Schaltung Qy^ nimmt den umgekehrten Schaltzustand ein, wenn der Transistor Q- aus- und der Transistor Q₁, eingeschaltet ist; dies ist der Fall ,wenn irgendeiner . der Transistoren Q₁₀, Qg und Q₁- im Einschaltzustand ist». Wenn der Transistor Q^ eingeschaltet ist, weist sein Kollektor negatives Potential (E₁) auf; wenn der Transistor Q.,

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ausgeschaltet ist, weist sein Kollektor Erdpotential auf. Der Primärstrom der Treiberübertrager DT₁ fließt dann von der Erdklemme über die rechte Hälfte der Primärwicklung, den Widerstand R, und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q₂. zur Klemme E. . Die auf diese Weise in der Sekundärwicklung des Übertrageis DT, induzierte Spannung schaltet den Leistungstransistor Q, aus, da seine Emitter-Basis-Strecke invers vorgespannt wird. Wenn der Transistor Q₂, ausgeschaltet und der Transistor Q-, eingeschaltet ist, dann fließt der Primärstrom des Übertragers DT₁ von der Erdklemme über die linke Hälfte der Primärwicklung, den Widerstand R₂ und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q^₅ zur Klemme E, . Die nun in der Sekundärwicklung des Übertragers DT, induzierte Spannung schaltet den Transistor Q₁ ein, weil die Emitter-Basis-Strecke in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird.

Wenn die negative Logik angewendet wird, bei der Signale mit negativerem Pegel,(Pegel der Spannungsquelle E₁) als eine logische eins angesehen werden, und wenn mit I₂ der Ausgangsimpuls (nicht gezeigt) der Phasenumkehrstufe Ip bezeichnet wird, dann können die den Leistungstransistor Q₁ ein- und ausschaltenden Impulse durch die logischen Punktionen pmig und p+m+i₂ wiedergegeben werden.

Es ist klar, daß ähnliche Betrachtungen für die Treiberstufe DB₂ und die Phasenumkehrstufe I₁ angestellt werden können. Ihre nichtgezeigten Schaltungsanordnungen sind identisch mit den Schaltungsanordnungen für die Treiberstufe DR.' und die Phasenumkehrstufe Ip, so daß die den Leistungstransistor Q₂ ein- und ausschaltenden Impulse durch die logischen Punktionen pmi., und p+m+ί., wiedergegeben werden können. Darin ist i, der Ausgangsimpuls der Phasenumkehrstufe I₁.

Es ist nun zu erkennen, daß die Impulse pmi₂ und pmi, die

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Leistungstransistoren Q₁ und Qp einschalten und eine Länge haben, die proportional zur Länge der Impulse ra = 1 und .m = 1 des astabilen Multivibrators AM und daher umgekehrt proportional zu den Längen der über die Leistungstransistoren Q₁ und Qp laufenden Stromimpulse ist. Somit ist klar, daß die über die Leistungstransistoren Q₁ und Q₂ laufenden Stromimpulse im Vergleich zueinander im wesentlichen die gleiche Größe haben, so daß der Magnetisierungsgleichstrom des Ausgangstransformators PT auf etwa den Wert 0 reduziert wird.

Die Aufgabe der Schwellwertschaltung TH kann nun leicht erkannt werden. Diese Schwellwertschaltung bildet eine Strombegrenzungsanordnung, die in folgender Weise arbeitet: wenn der Summenstrom des Differenzverstärkers TH, welcher proportional zur' Summe der Durchschnittswerte der über die Leistungstransistoren Q₁ und Q_? fließenden Ströme ist, über einen vorbestimmten Wert hinaus anwächst, dann wird die Summenspannung am Ausgang c positiver als die Spannung der Bezugsspannungsquelle E₂* Dadurch wird der Transistor Q₁^, eingeschaltet (gesättigt). Aufgrund der Einschaltung des Transistors Q.^ wird ein Stromweg von der Erdklemme über den Widerstand R₀-, (JJ Ohm), den gesättigten Transistor Q_n, den Widerstand Rp₀ (1 000 Ohm), die Ader h^, den Widerstand R^g (220 Ohm) und den gesättigten Transistor Q-,- zur Klemme E₂ (|E₂ |< I E-, ) hergestellt. Die Basis des Transistros Qg weist somit das negative Potential der Spannungsquelle E₂ auf, und daher schaltet die bistabile Schaltung Qg/Qg in den Schaltzustand^n dem der Transistor Qg ein- und der Transistor ausgeschaltet ist. Der Transistor C₁- wird dann entladen , und ' die monostabile Schaltung Qg/Qy schaltet dann in den Zustand, in dem derTransistor Qg ein- und der Transistor Q₇ ausgeschaltet ist. Auf diese Weise wird der Ausgang ρ des Impulsbreitenmodulators PWM auf einen Pegel gebracht, der der logischen 0 entspricht, so daß die Treiberstufen DR₁ und DRp

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den Leistungstransistoren GL und Qp keinen Steuerimpuls zuführen können. Der Transistor Q,h wird so lange im Einzustand gehalten, wie das Potential am Summenausgang c des · Differenzverstärkers DA positiver als das Potential der Spannungsquelle Ep ist. Ein Stromweg ist nun .von der Erdklemme über den Widerstand R₂V ^die des leitenden Transistors Qo, die~Ader h.,, den Widerstand R.,/- und den Transistor Q₁^ zur Klemme Ep hergestellt.

Zu bemerken ist noch, daß das erwähnte, durch die Reihenschaltung aus dem Widerstand PL und dem Kondensator C_? gebildete Dämpfungsglied deshalb zwischen die Eingangsklemmen geschaltet ist, um die negative Eingangsimpedanz zu kompensieren; diese Impedanz würde sonst zum Pumpen mit niedriger Frequenz führen.

7 Patentansprüche

2 Blatt Zeichnungen mit 2 Figuren

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Claims

Patentansprüche .

[!.Wechselrichter mit zwei in einer Gegentakt-B-Stufe auf einem Ausgangstransformator arbeitenden steuerbaren Schaltelementen und mit einem diese Schaltelemente steuernden und zwei Impulszüge mit unterschiedlicher Phasenlage abgehenden Steuergenerator, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Ableitungsschaltmittel (CT₁ , PR₁ und CT_g, PR₂) aus den Arbeitsstromkreiseri der steuerbaren Schaltelemente (Q₁, Qp) zwei den Strömen durch diese Schaltelemente proportionale Spannungen abgeleitet werden, daß diese Spannungen einer Vergleichseinrichtung (DA) zur Bildung einer Differenzspannung zugeführt werden und^; daß diese Differenzspannung an den Steuergene--rator· (AK) angelegt wird und diesen derart beeinflußt, daß die Stromimpulsbreiten durch die beiden steuerbaren Schaltelemente im Vergleich zueinander im wesentlichen gleich groß gehalten werden. ■

2,Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungsschaltmittel für jeden Zweig der Gegentaktschalturig einen Übertrager (CT₁ bzw. CT_g) und eine Spitzengleiehrichterschaltung (PR-, bzw. PRp) umfaßt, daß die Primärwicklung des Übertragers in Reihe mit dorr: .betreffenden'steuerbaren Schaltelement liegt und da-? die Sekundärwicklung des Übertragers mit der. Spitz englelchrichterschalturig gekoppelt ist.

J.Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dtouorgenerator durch einen astabilen Multivibrator (AM)rnit normalerweise glelchbreiton rechteckförmigen Halbwollen und die Vergleichseinrichtung (DA) durch einen Differenzverstärker gebildet ist, dessen Ausgang mit dom Multivibrator verbunden ist und der die Symmetrie der rochteckförmigen Ausgangswelle derart verändert, daß.die Impulsbreite derjenigen Steuerimpulse

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vermindert (erhöht), die demjenigen steuerbaren Schaltmittel mit den im Verhältnis breiteren (schmaleren) Strom-. , impulsen zugeführt werden.

^•.Wechselrichter nach Anspruch 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß an jedes mit einem steuerbaren Schaltelement verbundene Wicklungssende des Ausgangstransformators"eine Sperrschaltun; (L· bzw.I₀) angeschlossen ist, die, solange noch das zugeordnete steuerbare Schaltelement durchgeschaltet ist, das Anlegen des Steuerimpulses für das im anderen Gegentaktzweig liegende steuerbare Schaltelement verhindert.

■5.Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis h gekennzeichnet ourch seine Anwendung in einem geregelten Gleichspannungswandler.

6.Geregelter Gleichspannungswandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit doppelter Gteuergeneratorfrequenz arbeitender Impulsbreitenmodulator (PWM) vorgesehen ist, dessen Ausgangsimpulsbreite eine Punktion der Regelabweichung ist, daß zwei UND-Schaltungen (G,, G₀) vorgesehen sind, denen die Ausgangsspannung des Impulsbreiter:- modulators und jeweils eineder gegenphasigen Ausganjsspannungen des Steuergenerators zugeführt werden, und da/.S die Ausgänge der UKD-Schaltungen mit den Steuerkreiser: der jeweils zugeordneten steuerbaren Schaltelementen verbunden sind.

7.Geregelter Gleichspannungswandler nach Anspruch ?', dad ure ti ijekejinzei.chn.et, daß die an einem SummenausgarLg des Dii'i'ereru,-verctärkers auftretende Spannung mit der Spannung einer Bezugsspannungsquelle verglichen wird und da.3 bei Überschreitung; der Dezugsspanriun..; durch diese Auü^nn^csparumr.g (ILe Zuführung der Steuerimpulse zu den steuerbaren Schaltelementen unterbunden wird.

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