DE2242277C3 - Steuereinrichtung für einen geregelten Transistor-Gleichstromumrichter - Google Patents

Description

schaltung und ist vom Eingang für die Steuerwechselspannung durch Dioden entkoppelt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Sekundärwicklung des Stromwandlers im Steuerteil über einen Steuertransistor im Basis-Emitter-Kreis des zugehörigen Stelltransistors. Dabei ist der Steuertransistor direkt von den Halbwellen einer Polarität der Steuerwechselspannung leitend gesteuert und über einen von den Halbwellen der anderen Polarität der Steuerwechselspannung und die gleichgerichteten Halbwellen der Sperrwechselspannung leitend gesteuerten Sperrtransistor gesperrt.

Es ist bereits ein geregelter Transistor-Gleichstromumrichter mit impulsbreitengesteuerten Stelltransistoren in Vollbrückenschaltung bekannt, denen aus einer mit einem Transduktor arbeitenden Steuerschaltung impulsbreiienmodulierte Steuerimpulse über einen Steuertransformator galvanisch getrennt zugeführt werden (Philips Telecommunication Review, Vol. 22, Nr. 4, Juli 1961, Seiten 166 bis 169). Dieser Gleichstromumrichter arbeitet nicht mit einer Stromrückkopplung, so daß der Steuerteil so ausgebildet sein muß, daß er den maximal erforderlichen Steuerleistungsbedarf decken kann. Die Schaltung arbeitet auch nicht mit einer während der gesamten Sperrzeit der Stelltransistoren wirkenden Sperrspannung, durch die die Sperrfähigkeit der Kollektor-Emitter-Strecke der Stelltransistoren verbessert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausfühmngsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen als Brückenschaltung aufgebauten geregelten Transistor-Gleichstromumrichter; in

Fig. 2 ist ein Steuerteil des Gleichstromumrichters dargestellt;

Fig. 3 ist eine Darstellung der Steuer- und Sperrwechselspannung mit den daraus abgeleiteten Impulsen für das Öffnen und Sperren der Stelltransistoren.

Die aus vier in Brückenzweigen angeordneten Stelltransistoren Ts 1 bis Ts 4 bestehende Brückenschaltung des Gleichstromumrichters in F i g. 1 ist über eine Gleichrichterschaltung G/l unmittelbar an ein Drehstromnetz RSTangeschlossen. Jeweils zwei Stelltransistoren 7s 1, Ts4 bzw. 7s 2, Ts 3 sind mit der Primärwicklung a eines Leistungsübertragers Ü in Reihe geschaltet. Den Ausgang des Gltichstromumrichters bilden zwei Sekundärwicklungen b und c mit zugehörigen Gleichrichterschaltungen G/2 und Gl 3 und LC-Siebgliedern, an denen die Gleichspannungen Ua\, Ua₂ abgenommen werden. An einer weiteren Wicklung d des Leistungsübertragers wird eine Meßspannung für einen Regler R erhalten. Den Stelltransistoren ist je ein Steuerteil la, \b, 11a und 116 mit je zwei getrennten Eingängen ö und S als ein Teil der Steuerschaltung zugeordnet. Jedes Steuerteil enthält einen in Fig. 1 nicht dargestellten Stromwandler, dessen Primärwicklung im Emitterkreis des zugehörigen Stelltransistors liegt.

Außer den Steuerteilen und dem Regler R sind ein Taktgeneratur T, ein Frequenzteiler F, ein Analog-Digital-Umsetzer U, ein Impulsverteiler /, zwei Gegentaktverstärker G1, G 2 und ein Sägezahngenerator Sg mit Störgrößenaufschaltung der Eingangsspannung Uc Teile der Steuerschaltung des Gleichstromumrichters.

Der Taktgenerator T erzeugt eine Impulsfolge konstanter Frequenz, die im Frequenzteiler F halbiert wird. An zwei Ausgängen des Frequenzteilers werden zwei um 180° gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen mit der halbierten Taktfrequenz an getrennte Eingänge des Impulsverteilers J geliefert. Einem dritten Eingang des Impulsverteilers wird aus dem Analog-Digital-Umsetzer U eine Impulsfolge zugeführt, die in Abhängigkeit von der im Regler R gewonnenen Regelabweichung und von der Störgrößenaufschaltung breitenmoduliert ist. Der Impulsverteiler besteht aus vier NAN D-Schaltgliedern η und fünf lnverterstufen /Ί ... /,, deren Ausgänge zusammen vier Impulsfolgen, zwei Steuerimpulsfolgen mit veränderbarer Abstiegsflanke und zwei Sperrimpulsfolgen mit veränderbarer Anstiegsflanke liefern. Dabei sind beide Steuerimpulsfolgen, bezogen auf ihre Anstiegsflanke, und die beiden Sperrimpulsfolgen, bezogen auf ihre Abstiegsflanke, gegeneinander um 180° phasenverschoben.

Die Inverter-Ausgänge i\ und /2 für die Steuerimpulsfolgen sind mit dem Eingang des Gegentaktverstärkers G 1 und die Ausgänge der lnverterstufen /3 und /4 für die Sperrimpulsfolgen mit dem Eingang eines /.weiten Gegentaktverstärkers G 2 verbunden. Den Ausgang jeder der beiden Gegentaktverstärker bildet ein Übertrager mit je vier galvanisch getrennten Sekundärwicklungen, an denen eine Steuer- und eine Sperrwechselspannung mit gesteuerter Halbwellenbreite für die Steuerteile la, \b, Ha, Ub zur Verfügung stehen. Die mit S bezeichneten Sekundärwicklungen des Gegentaktverstärkers G 2 werden mit den Eingängen Sund die mit Ö bezeichneten Sekundärwicklungen des Gegentaktverstärkers G1 mit den Eingängen Ö der Steuerteile verbunden. Bei den zuletzt genannten Verbindungen muß der Wicklungssinn der Sekundärwicklungen in der dargestellten Weise betrachtet werden. Um zu vermeiden, daß bei der Sperrung (Nullzeit) der Gegentaktverstärker in den Sekundäreinrichtungen entstehende Spannungsspitzen durch selbständige Abmagnetisierung an die Steuerteileingänge gelangen, werden Spannungsschwellen z. B. in Form von je zwei in den Sekundärkreisen antiparallel geschalteten Dioden eingesetzt; außerdem werden für die Gegentaktübertrager Kerne mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife verwendet.

Bei Betrieb des Gleichstromumrichters sind jeweils die in den Brückendiagonalen liegenden Transistoren Ts 1, 7s 4 bzw. Ts 2, Ts 3 abwechselnd leitend und nicht leitend gesteuert. Anstelle der Brückenschaltung mit vier Stelltransistoren ist auch ein Betrieb mit zwei Stelltransistoren, z.B. 7s 1, Ts2, möglich, wenn die Transistoren 7s 3 und 7s 4 durch Kondensatoren ersetzt werden. Die Steuerteile la, Ib, Ha, Hb sind völlig gleichartig ausgebildet. Anhand der Fig. 2 wird diese Schaltung näher beschrieben.

In Fig. 2 ist einer der Stelltransistoren 7s 1 bis 7s eines Brückenzweiges an den Ausgang des Steuerteiles angeschlossen. In der Emitterleitung des Stelltransistors liegt die Primärwicklung I des Stromwandlers IV, der über die Sekundärwicklung Il den Steuerleistungsbedarf für den Stelltransistor deckt. Die Einleitung und Beendigung des Rückkopplungsvorganges wird von den Eingängen ö und S gesteuert, an denen die Steuer- und Sperrwechselspannung zugeführt wird. Der Eingang ö für die Steuerwechselspannung führt sowohl an den Steuertransistor 7s 5, über den der Stelltransistor leitend gesteuert wird, als auch an den Sperrtransistor 7s 6, der den Rückkopplungsvorgang unterbricht. Der Eingang S für Sperrwechselspannung führt an eine Gleichrichterbrücke G/4, die durch die Dioden D1 und D 2 vom Eingang ö entkoppelt ist. Die Wirkungsweise

dieses Schaltungsteiles der Steuerschaltung ist folgende: je nach der an den Eingang ö angeschlossenen Sekundärwicklung des Gegentaktverstärkers G1 gelangt eine positive oder eine negative Halbwelle der Steuerwechselspannung über die Basis-Emitter-Diode des Steuertransistors 7s 5 an die Steuerstrecke des Stelltransistors. Es fließt dann zunächst ein kleiner Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Steuertransistors 7s 5, der infolge der Rückkopplung sehr schnell ansteigt und dem Stelltransistor die erforderliche Ansteuerung liefert. Der einmal eingeleitete Rückkopplungsvorgang muß durch eine Halbwelle der Sperrwechselspannung unterbrochen werden, die den Sperrtransistor Ts 6 leitend steuert und die Basis des Steuertransistors 7s5 auf Sperrpotential legt. Gleichzeitig gelangt die Sperrspannung über die Diode D 4 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Sperrtransistors 6 auch an die Basis-Emitter-Strecke des Stelltransistors. Die erste Halbwelle der Sperrwechselspannung wird durch eine Halbwelle der Steuerwechselspannung abgelöst, die im betrachteten Steuerteil infolge der anderen Polarität nicht den Steuertransistor Ts 5, wohl aber den Sperrtransistor Ts 6 leitend steuern kann. Der Steuertransistor bleibt auch dann noch gesperrt, wenn diese Halbwelle der Steuerwechselspannung durch die Halbwelle der Sperrwechselspannung mit der anderen Polarität abgelöst wird.

Dieser Steuervorgang im Steuerteil wird mit Hilfe der F i g. 3 noch weiter verdeutlicht, in der die Steuer- und Sperrwechselspannung ÖS übereinander aufgetragen sind. Oberhalb und unterhalb dieser Wechselspannung sind die jeweils an der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors Ts5 und des Sperrtransistors 7s6 liegende Steuerspannung als positive Halbwelle aufgetragen. Die Sperrzeit des Steuer- bzw. des Stelltransistors setzt sich danach aus der Summe der Halbwellen

ίο der Sperrwechselspannung und einer Halbweile der Steuerwechselspannung zusammen. In Fig.3 sind die Einschaltzeiten der Stelltransistoren 7s 1, 7s4 bzw. Ts 2, Ts 3 (auf die Brückenschaltung in F i g. 1 bezogen) in einer Brückendiagonale mit 11, die Einschaltzeit des Stelltransistors in der zweiten Brückendiagonale mit t \\ und die Sperrzeit der Stelltransistoren in der zuerst genannten Brückendiagonale mit t\ bezeichnet.

Der Stromwandler W ist noch mit einer weiteren Wicklung III versehen,die den in Wicklung II durch Ts5 unterbrochenen Strom übernimmt und dem Stelltransistor über Ts 6 als Ausrftumstrom zuführt. Die Abmagnetisierung des Steuerkerns zum Remanenzpunkt erfolgt durch die Wicklung 11 über R und D5. Die Windungszahlen der Wicklungen I, II und III verhalten

2j sich bei einer zugrundegelegten Stromverstärkung des Stelltransistors von B= 15 wie 1 :15 :5.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für einen geregelten Transistor-Gleichstromumrichter mit einem jedem Stelltransistor zugeordneten Stromwandler, dessen Primärwicklung in den Emitter-Kollektor-Kreis und dessen Sekundärwicklung über einen Steuerteil in den Basis-Emitter-Kreis jedes Stelltransistors eingeschaltet ist und wobei jeder Steuerteil in Abhängig- "° keit von impulsbreitengesteuerten Gleichspannungsimpulsen gesteuert ist und darin eine Impulsfolge zum Leitendsteuern und eine dazu inverse Impulsfolge zum Sperrendsteuern des dazugehörigen Stelltransistors auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb eines Gleichstromumrichters in Halb- oder Vollbrückenschaltung von den impulsbreitengesteuerten Gleichspannungsimpulsen in einem Impulsverteiler (J) je zwei untereinander um 180° phasenverschobene Steuer- und Sperrimpulsfolgen veränderbarer Impulsbreite abgeleitet werden, wobei die Sperrimpulsfolge zur Steuerimpulsfolge invers ist und in getrennten Gegentaktverstärkern (Gi, G 2) mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife der Magnetkerne in eine rechteckförmige Steuerwechselspannung (ö)m\\. veränderbarer Abstiegsflanke zum Einschalten der Stelltransistoren (Ts i bis Ts 4) und in eine dazu inverse rechteckförmige Sperrwechselspannung (S) mit veränderbarer Anstiegsflanke zum Sperren der Stelltransistoren (Ts 1 bis 7s4) umgesetzt werden, und daß über galvanisch getrennte Sekundärwicklungen der Gegentaktverstärker dem Steuerteil jedes Stelltransistors (Ts i bis Ts 4) die Steuerwechselspannung (Ö) und die Sperrwechselspannung (S) in derartiger Polung zugeführt und darin derart miteinander kombiniert sind, daß die Halbweilen einer Polarität der Steuerwechselspannung (ö) den zugehörigen Stelllransistor (Ts 1 bis Ts 4) leitend steuern und die Haibwellen der anderen Polarität der Steuerwechselspannung (ö) und die gleichgerichteten Halbwellen der Sperrwechselspannung (S) den zugehörigen Stelltransistor (Ts 1 bis 7"s 4) sperrend steuern.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang jedes Steuerteiles (la, Ib. Ua. Ub) für die Sperrwechselspannung eine Gleichrichterbrückenschaltung (G 14) enthält und vom Eingang für die Steuerwechselspannung durch Dioden (Di,D2) entkoppelt ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (II) des Stromwandlers (W) im Steuerteil über einen Steuertransistor (Ts5) im Basis-Emitter-Kreis des zugehörigen Stelltransistors (Ts 1 bis Ts 4) liegt und daß der Steuertransistor (Ts5) direkt von den Halbwellen einer Polarität der Steuerwechselspannung (ö) leitend gesteuert und über einen von den Halbwellen der anderen Polarität der Steuerwechselspannung und den gleichgerichteten Halbwellen der Sperrwechselspannung (S) leitend gesteuerten Sperrtransistor (Ts 6) gesperrt ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsverteiler von zwei um 180° phasenverschobene Impulsfolgen konstanter Periode und einem Tastverhältnis von 1 :1 synchronisiert ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen geregelten Transistor-GleichstiOmumrichter mit einem jedem Stelltransistor zugeordneten Stromwandler, dessen Primärwicklung in den Emitter-Kollektor-Kreis und dessen Sekundärwicklung über einen Steuerteil in den Basis-Emitter-Kreis jedes Stelltransistors eingeschaltet ist und wobei jeder Steuerte]! in Abhängigkeit von impulsbreitengesteuerten Gleichspannungsimpulsen gesteuert ist und darin eine Impulsfolge zum Leitendsteuern und eine dazu inverse Impulsfolge zum Sperrendsteuern des zugehörigen Stelltransistors auftritt.

Eine derartige Steuereinrichtung ist bereits bekannt (DT-OS 20 40 793). Diese Schaltungsanordnung benötigt zur Erzeugung der Spannungen zum Sperren und Leitendsteuern des in diesem Falle einzigen Stelltransistors zwei galvanisch getrennte Hilfsgleichspannungen. Bei Anwendung dieser Steuereinrichtung für einen Gleichstromumrichter in Brückengegentaktschaltung wäre eine bei dieser Schaltungsart insbesondere bei hoher Eingangsspannung erforderliche galvanische Trennung der Steuerkreise der Stelltransisioren nur mit eigenen getrennten Steuerteilen erzielbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs gennanten Art anzugeben, die für die in Halb- oder Vollbrückenschaltung angeordneten Stelltransistoren eines Gleichstromumrichters großer Leistung und hoher Eingangsspannung die Verwendung eines gemeinsamen Steuerteils ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für den Betrieb eines Gleichstromumrichters in Halb- oder Vollbrückenschaltung von den impulsbreitengesteuerten Gleichspannungsimpulsen in einem Impulsverteiler je zwei untereinander um 180° phasenverschobene Steuer- und Sperrimpulsfolgen veränderbarer Impulsbreite abgeleitet werden, wobei die Sperrimpulsfolge zur Steuerimpulsfolge invers ist und in getrennten Gegentaktverstärkern mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife der Magnetkerne in eine rechteckförmige Steuerwechselspannung mit veränderbarer Abstiegsflanke zum Einschalten der Stelltransistoren und in eine dazu inverse rechteckförmige Sperrwechselspannung mit veränderbarer Anstiegsflanke zum Sperren der Stelltransistoren umgesetzt werden, und daß über galvanisch getrennte Sekundärwicklungen der Gegentaktverstärker dem Steuerteil jedes Stelltransistors die Steuerwechselspannung und die Sperrwechselspannung in derartiger Polung zugeführt und darin derart miteinander kombiniert sind, daß die Halbwellen einer Polarität der Steuerwechselspannung den zugehörigen Stelltransistor leitend steuern und die Halbwellen der anderen Polarität der Steuerwechselspannung und die gleichgerichteten Halbwellen der Sperrwechselspannung den zugehörigen Stelltransistor sperrend steuern.

Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht aufgrund der Verwendung von zwei getrennten Gegentaktverstärkern und mehrerer getrennter Sekundärwicklungen der Gegentaktübertrager die galvanisch getrennte Zuführung der Impulse zum Leitend- und Sperrendsteuern an die Stelltransistoren der Brückenschaltung, wodurch eine wesentliche Voraussetzung für die Verwendung einer hohen Eingangsspannung gegeben ist.

Der Eingang jedes Steuerteiles enthält gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung für die Sperrwechselspannung eine Gleichrichter-Brücken-