DE2233392A1

DE2233392A1 - DEVICE FOR GENERATING EQUIVALENT HIGH VOLTAGE FROM AC VOLTAGE

Info

Publication number: DE2233392A1
Application number: DE19722233392
Authority: DE
Inventors: Heinz Glagowski
Original assignee: STULZ ALBERT FA
Current assignee: STULZ ALBERT FA
Priority date: 1972-07-07
Filing date: 1972-07-07
Publication date: 1974-01-24

Description

Gerät zur Erzeugung von gleichzerichteter Hochspannung aus Wechselapsnnung.Device for the generation of high voltage generated in the same way from an alternating enclosure.

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erzeugung von gleichgerichteter Hochspannung aus Wechselspannung, wie solche, im allgemeinen um 220 Volt schwankend, dem öffentlichen Versorgungsnetz entnommen werden kann.The invention relates to a device for generating rectified High voltage from alternating voltage, such as such, generally fluctuating around 220 volts, can be taken from the public supply network.

Es sind bereits Systeme zur Erzeugung von gleichgerichteter Hochspannung und hier geeignete Geräte bekannt.There are already systems for generating rectified high voltage and suitable devices are known here.

Bei einem dieser bekannten Geräte wird beispielsweise mittels eines Transformators die Wechselspannung zunächst hochtransformiert und anschließend dann gleichgerichtet. Diese Art der Hochspannungserzeugung hat den Nachteil, daß verhältnismäßig große Leistungsyerluste entstehen, wenn Wechselspannungen mit niedrigen Frequenzen transformiert werden sollen. AuBerdem ist der technische Aufwand für einen derartigen Transformator und die entsprechenden Hochspannungsgleichrichter sehr erheblich, wodurch dieses bekannte Verfahren für große Übersetzungsverhältnisse unwirtschaftlich ist.In one of these known devices, for example, by means of a Transformer, the AC voltage is first stepped up and then subsequently rectified. This type of high voltage generation has the disadvantage that relatively large power losses arise when alternating voltages with low frequencies should be transformed. In addition, the technical effort for such a Transformer and the corresponding high-voltage rectifier very considerably, making this known method uneconomical for large gear ratios is.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist ein weiteres System bekannt. Bei diesem wird die dem Stromnetz entnommene übliche Wechselspannung gleichgerichtet, dann durch Schwingschaltungen hochfrequent gemacht und so primär auf den Transformator gegeben, welcher dann die Wechselspannung hochtransformiert. Die sekundäre Wechselspannung wird sodann gleichgerichtet. Durch die hohe Frequenz sind die Leistungsverluste im Transformator zwar geringer, jedoch ergeben sich andere Nachteile, weil die erzeugte Hochfrequenz Störungen im Nachrichtenverkehr, also beispielsweise beim Fuiiloerkehr, Radio oder Fernsehen, verursacht. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß für die Schwingschaltung aktive Bauelemente erforderlich sind, so zum Beispiel Röhren, die nur eine begrenzte Lebensdauer haben oder Transistoren, die auch anfälliger sind als passive Bauelemente. Ein weiterer Nachteil ist, daß eine solche Schaltung gleichfalls einen hohen technischen Aufwand bedingt.Another system is known to avoid this disadvantage. In this case, the usual AC voltage taken from the power grid is rectified, then made high-frequency by oscillating circuits and so primarily on the transformer given, which then stepped up the AC voltage. The secondary alternating voltage is then rectified. Due to the high frequency, there are power losses Although less in the transformer, there are other disadvantages because the generated High-frequency interference in communications, for example with Fuiiloerkehr, Radio or television caused. Another disadvantage is that for the Oscillating circuit active components are required, so for example tubes, the only have a limited lifespan or transistors, which are also more vulnerable as passive components. Another disadvantage is that such a circuit also requires a high level of technical effort.

Des weiteren ist eine Schaltung bekannt, bei der mittels eines Schwingkreises und eines Hochspannungstransformators eine hochfrequente Hochspannung erzeugt wird, die dann mit einer unsymetrischen Spannungsvervielfacherschaltung noch höher auf den jeweils gewünschten Endwert der gleichgerichteten Hochspannung gebracht wird.Furthermore, a circuit is known in which by means of an oscillating circuit and a high-voltage transformer generates a high-frequency high voltage, which is then even higher with an unbalanced voltage multiplier circuit the respective desired final value of the rectified high voltage is brought.

Die Nachteile einer solchen Schaltung sind im allgemeinen die gleichen wie bei den vorher beschriebenen Schaltungsarten.The disadvantages of such a circuit are generally the same as with the previously described types of circuit.

Die Anwendung der bekannten unsymetrischen Spannungsvervielfacherschaltung war bisher auf die Vervielfachung von hochfrequenten Spannungen beschränkt, -da der Effektivwert des Ausgangsstromes von der Frequenz und dem Kapazitätswert abhängig ist. Es kommt noch hinzu, daß die bipolaren Kondensatoren für Wechsel spannungen von 220 V und höher nur mit kleinen Kapazitäten im Handel erhältlich waren, wodurch bei niederfrequenten Spannungen eine Vervielfachung mit brauchbarem Ausgangsstrom nicht möglich war.The use of the well-known asymmetrical voltage multiplier circuit was previously limited to the multiplication of high-frequency voltages, -da the effective value of the output current depends on the frequency and the capacitance value is. There is also the fact that the bipolar capacitors for AC voltages of 220 V and higher only with small capacities in the trade available were, whereby at low-frequency voltages a multiplication with useful Output current was not possible.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Nachteile der bisher für derartige Zwecke bekannten Schaltungen zu vermeiden und eine Schaltung beziehungsweise ein Gerät zu schaffen, das bei geringstmöglichem technischen Aufwand, die Verwendung normaler Bauelemente und deren raumsparende An-Ordnung zueinander gestattet. Sie bedient sich hierzu der bekannten unsymetrischen Spannungsvervielfacherschaltung und stellt eine weitere Ausbildung dieser sowie eine anders geartete Anwendung dar. Hierbei macht sie sich die Neuentwicklungen auf dem Gebiete der Herstellung von Kondensatoren zu Nutze, durch die es möglich geworden ist, bipolare Kondensatoren für 220 V Wechselspannung mit höheren Kapazitäten herzustellen, wodurch ein wirtschaftlicherer Einsatz der unsymetrischen Spannungsvervielfacherschaltung in Verbindung mit der weiteren Ausbildung einer solchen Schaltung auch bei Wechselspannungen von 50 Hz möglich ist.The invention has for its object, the disadvantages of the previous for such Purposes of avoiding known circuits and one circuit respectively To create device that with the least possible technical effort, the use normal components and their space-saving order to each other allowed. she uses the well-known asymmetrical voltage multiplier circuit for this purpose and represents a further development of this as well as a different type of application. Here she makes the new developments in the field of the production of Using capacitors, which made it possible to use bipolar capacitors for 220 V AC with higher capacities, making it more economical Use of the asymmetrical voltage multiplier circuit in connection with the further development of such a circuit even with AC voltages of 50 Hz is possible.

Zur Lösung der Erfindungsaufgabe sieht die'Erfindung ein Gerät zur Erzeugung von gleichgerichteter Hochspannung aus Wechselspannung zur Erhöhung des Ausgangsstromes vor, das so ausgebildet ist, daß ein Teil des Spannungsvervielfachers eine positive Hochspannung und der andere Teil eine negative Hochspannung erzeugt, wobei die einzelnen Bauelemente so auf einer Leiterplatte angeordnet sind, daß das positive und negative Spannungspotential von der Mitte der Leiterplatte nach den Enden hin zunimmt. Hierbei sieht die Erfindung vor, daß die gleichgerichtete Hochspannung aus niederfrequenter Wechselspannung, die dem allgemeinen Stromnetz entnommen wird, durch die Verwendung bipolarer Kondensatoren mit hoher Kapazität vervielfacht wird. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung liegt darin, daß die zur Spannungsvervielfachung eingesetzten Dioden einen niedrigen Sperrstrom haben, was bewirkt, daß den Kondensatoren in der Sperrphase möglichst wenig an Ladung verloren geht.To achieve the object of the invention, the invention provides a device for Generation of rectified high voltage from AC voltage to increase the Output current, which is designed so that part of the voltage multiplier a positive high voltage and the other part generates a negative high voltage, wherein the individual components are arranged on a circuit board that the positive and negative voltage potential from the center of the circuit board to the Increases towards the ends. The invention provides that the rectified high voltage from low-frequency alternating voltage, which is taken from the general power grid, is multiplied by the use of high capacitance bipolar capacitors. Another hallmark the invention is that the for Voltage multiplication diodes used have a low reverse current, what causes the capacitors to lose as little charge as possible in the blocking phase goes.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltung beziehungsweise des Gerätes nach der Erfindung dargestellt und zwar zeigt Abbildung 1 das Schaltschema des Gerätes Abbildung 2 den Aufbau der einzelnen Bauelemente auf einer Leiterplatte in Draufsicht.In the figures is an embodiment of the circuit respectively of the device according to the invention, namely Figure 1 shows the circuit diagram of the device Figure 2 shows the structure of the individual components on a circuit board in plan view.

Ein Transformator 1 ist in der Mitte einer Leiterplatte 22 angeordnet, an der zwei Anschlußkontakte 18 und 19 angebracht sind, an die die übliche Wechselspannung von 220 V gelegt ist. Von den Kontakten 18 und 19 wird diese Wechselspannung dann dem Transformator 1 zugeleitet.A transformer 1 is arranged in the middle of a circuit board 22, are attached to the two connection contacts 18 and 19, to which the usual AC voltage of 220 V. From the contacts 18 and 19 this alternating voltage is then fed to the transformer 1.

Eine Abwandlung dieser Anordnung sieht vor, daß die Wechselspannung auch ohne die Zwischenschaltung eines Transformators direkt an die weiteren Schaltungselemente gelangen kann.A modification of this arrangement provides that the alternating voltage even without the interposition of a transformer directly to the other circuit elements can get.

Die weiteren physikalischen Vorgänge laufen wie folgt ab: Während der negativen Halbwelle wird der Kondensator 2 über die Diode 3 auf den Scheitelwert der Transformator-Wechselspannung aufgeladen, während in der positiven Halbwelle über die Diode 4 eine Aufladung des Kondensators 5 stattfindet. Da die Kondensatorspannung Ucl in der positiven Halbwelle in Reihe mit der Transformator-Wechselspannung liegt, kann der Kondensator 5 nahezu auf den doppelten Scheitelwert Wechselspannung aufgeladen werden, wobei der Kondensator 2 entladen wird. Nachdem der Kondensator 5 bereits auf 2UtrMs dem Scheitelwert der Transformator-Wechs ei spannung, aufgeladen ist wird jetzt von Kondensator 5 der Kondensator 6 über die Diode 7 auf 2 UtrM aufgeladen, so daß in der darauffolgenden positiven Halbwelle die Transformatorspannung mit der Spannung von Kondensator 2 UtrM und von Kondensator 6-UtrM in Reihe liegt und die Reihenschaltung von Kondensator 8 und Kondensator' 5 jetzt über die Diode 9 auf 4 UtrN aufgeladen wird. Diese Anordnung läßt' stich bei Bedarf noch weiter fortsetzen.The other physical processes run as follows: During of the negative half-wave, the capacitor 2 via the diode 3 to the peak value the transformer alternating voltage is charged while in the positive half-wave The capacitor 5 is charged via the diode 4. As the capacitor voltage Ucl is in series with the transformer AC voltage in the positive half-wave, the capacitor 5 can be charged to almost twice the peak value of the alternating voltage the capacitor 2 is discharged. After the capacitor 5 already to 2UtrMs the peak value the transformer alternating voltage, is charged, the capacitor 6 is now charged by the capacitor 5 via the diode 7 2 UtrM charged, so that in the following positive half-wave the transformer voltage is in series with the voltage of capacitor 2 UtrM and of capacitor 6-UtrM and the series connection of capacitor 8 and capacitor 5 now via the diode 9 is charged to 4 UtrN. This arrangement lets you go even further if necessary continue.

Die andere Seite der Schaltung gemäB Abbildung 1 mit den Kondensatoren 10 12, 14 und 16 arbeitet in der gleichen Weise, wie dies bereits beschrieben wurde, jedoch mit dem Unterschied, daß hier die Spannung ein anderes Vorzeichen (-) hat, da die Dioden 11, 13, 15 und 17 mit der Kade im anderen Sinne zu den Kondensatoren liegen.The other side of the circuit according to Figure 1 with the capacitors 10 12, 14 and 16 works in the same way as already described, but with the difference that here the voltage has a different sign (-), because the diodes 11, 13, 15 and 17 with the Kade in the other sense to the capacitors lie.

Dadurch, daß die Kondensatoren und Dioden in der Spannungs-Vervielfacherschaltung, wie sie in Abbildung 1 dargestellt ist, nicht mehr alle in einer Richtung die Spannung erhöhen, sondern die eine Hälfte der Kondensatoren und Dioden die negative Spannung und die andere Hälfte die positive Spannung vervielfachen, ist die gesamte Kapazität bis zu den Ausgangskontakten 21 und 20 jeder Hälfte größer und somit.Because the capacitors and diodes in the voltage multiplier circuit, As shown in Figure 1, the tension is no longer all in one direction but one half of the capacitors and diodes increase the negative voltage and the other half multiply the positive voltage, is the total capacitance up to the output contacts 21 and 20 of each half larger and thus.

die Entnahme eines größeren Stromes möglich.the withdrawal of a larger stream is possible.

Durch die beschriebene Ausführung der Schaltung, wie sie in Abbildung 1 dargestellt ist, ist es möglich geworden, einen vorteilhaften und raumsparenden Aufbau der einzelnen BaueleBente vorzunehmen, wie dies aus Abbildung 2 ersichtlich ist. Hierbei befinden sich die Bauelemente der Stufen mit dem pos. erzeugenden Spannungspotential, von der Mitte der Leiterplatte, aus gesehen, wo sich auch der Trenntransformator 1 befindet, ausschließlich auf der einen Hälfte der Leiterplatte 22, während die Bauelemente der Stufen mit dem neg. erzeugenden Spannungspotential sich auf der anderen Hälfte der Leiterpiatte 22 befinden. Hierbei sind die Bauelemente so angeordnet, daß das positive und negative SXpannungspotential von der Mitte der Leiterplatte 22 nach deren beiden Enden hin zunimmt. Es ist hierbei die Spannungszunahme von dem Trenntransformator 1 zu den Ausgangskontakten 21 und 20 der beiden SBannungsvervielfacherhälften gemeint. Der Anschluß eines beliebigen Verbrauchergerätes erfolgt an den genannten Kontakten 20 und 21 in an sich bekannter Weise.By executing the circuit as described in the illustration 1 is shown, it has become possible to provide an advantageous and space-saving Structure of the individual components, as shown in Figure 2 is. Here are the components of the steps with the pos. generating voltage potential, from the center of the circuit board, where the isolating transformer is located 1 is located only on one half of the circuit board 22, while the components of the stages with the neg. Generating voltage potential are on the other half of the printed circuit board 22. Here are the components arranged so that the positive and negative SX voltage potentials from the center of the Circuit board 22 increases towards both ends. Here it is the increase in tension from the isolating transformer 1 to the output contacts 21 and 20 of the two S voltage multiplier halves meant. Any consumer device can be connected to the aforementioned Contacts 20 and 21 in a manner known per se.

Die Vorteile des Gerätes beziehungsweise der Schaltung gemäß der Erfindung liegen in erster Linie darin, daß sich ein beträchtlich großer Anwendungsbereich bei Vermeidung der Nachteile der bekannten Schaltungen ergibt.The advantages of the device or the circuit according to the invention lie primarily in the fact that there is a considerably large area of application while avoiding the disadvantages of the known circuits.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren zur Erzeugung von gleichgerichteter Hochspannung aus der üblichen Wechselspannung von 220 V aus dem Stromnetz, besteht in der ausschließlichen Verwendung von passiven Bauelementen, die den Vorteil haben, daß sie eine hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit besitzen. Ferner ist von Vorteil, daß die Spannung am Ausgang nicht extra gleichgerichtet werden muß. Weiterhin ist es von Vorteil, daß dae zur Erreichung der gewünschten Hochspannung keine Hochfrequenz erzeugt werden muß, wodurch auch keine Störungen im Nachrichtenverkehr entstehen können. Weitere Vorteile liegen darin, daß der gesamte technische Aufwand für die Schaltung sehr gering ist und daß keine Isolationsprobleme innerhalb der Schaltung auftreten, da die Spannung in ihr von Stufe zu Stufe nur um einen Teilbetrag der Hochspannung ansteigt. Schließlich ist es von Vorteil, daß die erfindungsgemäße Ausbildung der unsymetrischen Spannungsvervielfachung bei gleicher Kapazitätsgröße der Kondensatoren einen größeren Ausgangsstrom ermöglicht.A major advantage over the known methods of production from rectified high voltage from the usual AC voltage of 220 V. the power grid, consists in the exclusive use of passive components, which have the advantage that they have a long service life and operational reliability. Another advantage is that the voltage at the output is not specially rectified must become. Furthermore, it is advantageous that dae to achieve the desired High voltage no high frequency has to be generated, which also means no interference can arise in message traffic. Other advantages are that the entire technical effort for the circuit is very low and that no insulation problems occur within the circuit as the voltage in it only varies from stage to stage increases by a fraction of the high voltage. Finally, it is advantageous that the inventive design of the asymmetrical Voltage multiplication allows a larger output current with the same capacitance size of the capacitors.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Abbildungen dargestellte Ausführungs£orm. Es ist selbstverständlich in gewissen Grenzen möglich, die Anzahl der Kondensatoren und Dioden zu erhöhen um hierdurch, wenn dies erforderlich ist, zu einer höheren Ausgangs-Spannung zu gelangen. Wesentlich ist immer nur, daß die Bauelemente, die eine positive Hochspannung erzeugen, auf der einen Seite der Leiterplatte und die Bauelemente die eine negative Hochspannung erzeugen, auf deren anderer Seite liegen. Die Unterseite der Leiterplatte ist in an sich bekannter Weise mit einer sogenannten gedruckten Schaltung versehen; es ist selbstverständlich aber auch möglich, diese ganz oder teilweise durch Drahtverbindungen zu ersetzen.The invention is not limited to that shown in the figures Execution form. It is of course possible within certain limits, the number to increase the capacitors and diodes in order to thereby, if necessary, to get to a higher output voltage. It is always only essential that the Components that generate a positive high voltage on one side of the circuit board and the components that generate a negative high voltage on the other side lie. The underside of the circuit board is in a known manner with a so-called printed circuit provided; it is of course also possible to replace them in whole or in part with wire connections.

Claims

Patent claims:

0 Device for generating rectified high voltage from alternating voltage to increase the output current, characterized in that part of the voltage multiplier a positive high voltage and the other part generates a negative high voltage, wherein the individual components are arranged on the circuit board (22) that the positive and negative voltage potential from the center of the circuit board (22) increases towards the ends.

2) Device according to claim 1, characterized in that the rectified High voltage from low-frequency alternating voltage, which is used in the general electricity network by using bipolar capacitors (2,5,6,8 resp. 16, a2,14,16) is multiplied with high capacity.

3) Device according to claims 1 and 2, characterized in that the diodes used for voltage multiplication (3, 4, 7, 9 and 11, 13, 15, 17) have a low reverse current, which causes the capacitors to be in the reverse phase as little charge as possible is lost.