DE2264178B2

DE2264178B2 - Push-pull inverter with switching transistors in mid-point connection

Info

Publication number: DE2264178B2
Application number: DE19722264178
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Preis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1972-12-29
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE2264178A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegentakt-Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Gegentakt-Wechselrichter ist bereits bekannt (US- PS 36 57 631).The invention relates to a push-pull inverter according to the preamble of the claim 1. Such a push-pull inverter is already known (US-PS 36 57 631).

Gleichspannungswandler mit in Gegentakt geschalteten Transistoren arbeiten mit einem Transformator, an den eine rechteckförmige Wechselspannung angelegt wird. Die Schalttransistoren müssen so gesteuert werden, daß die an den Transformator gelegten positiven und negativen Spannungszeitflächen möglichst gleich groß sind. Durch fehlende oder unzureichende Symmetrierung bedingte Spannungshalbwellen mit unterschiedlichen Spannungszeitflächen ergeben ungleiche Magnetisierungsstromhalbwellen und treiben den Kern des Lasttransformators einseitig bis in den Sättigungsbereich. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Sättigungserscheinungen können gepaarte Bauteile verwendet oder die Betriebsinduktivität des Transformators niedrig ausgelegt und der magnetische Kreis mit einem Luftspalt versehen werden. Der Nachteil der zuletzt genannten Maßnahmen besteht darin, daß die -so Transformatoren größer zu bemessen sind, als sie für vollkommen gleiche Halbwellen ausgelegt werden müßten.DC / DC converters with push-pull transistors work with a transformer to which a square-wave alternating voltage is applied. The switching transistors must be controlled in this way that the positive and negative voltage time areas applied to the transformer are as possible are the same size. Voltage half-waves caused by missing or insufficient balancing with different voltage time areas result in unequal magnetizing current half-waves and drift the core of the load transformer on one side up to the saturation area. To avoid this unwanted Saturation phenomena can use paired components or the operating inductance of the transformer designed low and the magnetic circuit provided with an air gap. The disadvantage of the The last-mentioned measure consists in the fact that the transformers are to be dimensioned larger than they are for completely identical half-waves would have to be designed.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits ein Gegentakt-Wechselrichter mit Schalttransistoren in ss Mittelpunktschaltung und einem Hauptübertrager bekannt, bei dem Maßnahmen zur Symmetrierung der ausgangsseitigen Spannungshalbwellen zur Anwendung gelangen, wobei an den Kollektorstrecken der Schalttransistoren proportionale Spannungen gebildet sind, deren Differenz einem Differenzverstärker mit zwei inversen Ausgängen zugeführt ist. Eine solche Schaltung, die als fremderregter Wechselrichter mit Impulsbreitensteuerung arbeitet, ist in der oben genannten US-PS 36 57 631 dargestellt. Die für die Steuerung der Schalttransistoren erforderlichen, in einem Multivibrator erzeugten Steuerimpulsfolgen werden in zwei aktiven Stufen, die mit den beiden Ausgängen des Differenzverstärkers verbunden sind, bei Unsymmetrie zusätzlich in ihrer Impulsbreite beeinflußt.To avoid these disadvantages, a push-pull inverter with switching transistors in ss Midpoint circuit and a main transformer known in which measures to balance the output-side voltage half-waves are used, with the collector paths of the switching transistors proportional voltages are formed, the difference of which is a differential amplifier with two inverse outputs is supplied. Such a circuit that works as an externally excited inverter with pulse width control works, is shown in the above-mentioned US-PS 3,657,631. The ones used to control the Switching transistors required, generated in a multivibrator control pulse trains are in two active stages, which are connected to the two outputs of the differential amplifier, in the event of asymmetry additionally influenced in their pulse width.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Symmetrierschaltung für einen Gegentakt-Wechselrichter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, der unter Anwendung des Prinzips der Sättigungssteuerung selbsterregt ist. Es ist bereits bekannt, in Wechselrichterschaltungen neben einem Hauptübertrager einen Steuerübertrager mit Sättigungskern vorzusehen, um große Hystereseverluste im Hauptübertrager und Umschaltverluste in den Leitungstransistoren zu vermeiden (DT-PS 12 44 281).The invention is based on the object of a balancing circuit for a push-pull inverter specify the type mentioned in the preamble of claim 1, using the principle of Saturation control is self-excited. It is already known in inverter circuits besides one Main transformer to provide a control transformer with a saturation core in order to avoid large hysteresis losses in the Avoid main transformer and switching losses in the line transistors (DT-PS 12 44 281).

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.This object is achieved by the means specified in the characterizing part of claim 1.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß hierdurch eine einwandfreie Selbsterregung des Gegentakt-Wechselrichters erreicht wird bei unverändert guter Symmetrie der lastseitigen Spannungshalbwellen.The advantage of the invention is that it results in perfect self-excitation of the push-pull inverter is achieved with the same good symmetry of the load-side voltage half-waves.

Der Differenzverstärker ist dabei so ausgelegt, daß sich bei Symmetrie der Spannungszeitflächen am Hauptübertrager die durch die Zusatzwicklung des Steuerübertragers hervorgerufenen Gleichstromdurchflutungen im Steuerübertrager kompensieren. Außerdem ist der Arbeitspunkt der Transistoren im Differenzverstärker bei entsprechender Bemessung der Zusatzwicklung so gewählt, daß die in der Zusatzwicklung ties Steuerübertragers induzierte Wechselspannung kleiner als die Kollektor-Emitter-Spannungen an 1 ransistoren des Differenzverstärkers ist.The differential amplifier is designed in such a way that, given the symmetry of the voltage-time surfaces on the main transformer, the direct current flows in the control transformer caused by the auxiliary winding of the control transformer are compensated for. In addition, the operating point of the transistors in the differential amplifier is selected with appropriate dimensioning of the additional winding that the AC voltage induced in the additional winding ties the control transformer is less than the collector-emitter voltages at 1 transistors of the differential amplifier.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werüen an Hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further details of the invention are based on an embodiment shown in the figure explained in more detail.

Die Figur zeigt einen im Gegentakt arbeitenden selbsterregten Transistorwechselrichter mit einem Hauptübertrager ÜX und zwei Schalttransistoren Ts 3 und 7s4. Die Primärwicklung a X des Hauptübertragers ist über eine Mittelanzapfung und über die an die Wicklungsenden der Primärwicklung angeschlossenen Kollektor-Emitter-Strecken der Schalttransistoren mit einer Betriebsspannungsquelie Ub verbunden. Parallel zur Primärwicklung a 1 des Hauptübertragers ist die Primärwicklung al eines Steuerübertragers Ü2 mit einem Sättigungskern angeschlossen. Die Basis-Emitter-Strecken der Schalttransistoren 7s 3, 7s 4 sind an die mit einer Mittelanzapfung versehene Sekundärwicklung b2 des Steuerübertragers angeschaltet. An den Sekundärwicklungen b\, c\ des Hauptübertragers werden Ausgangsspannungen (73 und L/4 erhalten.The figure shows a push-pull self-excited transistor inverter with a main transformer ÜX and two switching transistors Ts 3 and 7s4. The primary winding a X of the main transformer is connected to an operating voltage source Ub via a center tap and via the collector-emitter paths of the switching transistors connected to the winding ends of the primary winding. Parallel with the primary winding 1 of a Hauptübertragers the primary winding of a Steuerübertragers al Ü2 connected with a saturable core. The base-emitter paths of the switching transistors 7s 3, 7s 4 are connected to the secondary winding b2 of the control transformer which is provided with a center tap. Output voltages (73 and L / 4) are obtained at the secondary windings b \, c \ of the main transformer.

Insbesondere bei hoher Arbeitsfrequenz und bei ungünstigen Bauteiletoleranzen können in dieser Schaltung Unsymmetrien auftreten, die dazu führen, daß der Hauptübertrager ÜX infolge des dann gegebenen Gleichstromanteils der anliegenden Spannung einseitig in seinen Sättigungsbereich gelangt. Hierbei treten im Kollektorkreis des langsamer schaltenden Schalttransistors am Ende seiner Durchlaßphase Stromspitzen auf, die dann abgeschaltet werden müssen, wobei die Schaltverluste den Schalttransistor meist unzulässig hoch beanspruchen. Um dies zu vermeiden, ist eine Zusatzschaltung vorgesehen, die den Sättigungskern des Steuerübertragers entsprechend der gegebenen Unsymmetrie zusätzlich so beeinflußt, daß diese auf einen vernachlässigbaren Wert zurückgeht.Particularly at a high operating frequency and with unfavorable component tolerances, asymmetries can occur in this circuit, which lead to the main transformer ÜX reaching its saturation range on one side as a result of the then given direct current component of the applied voltage. In this case, current peaks occur in the collector circuit of the switching transistor, which switches more slowly, at the end of its conducting phase, which then have to be switched off, the switching losses usually stressing the switching transistor to an inadmissibly high level. To avoid this, an additional circuit is provided which also influences the saturation core of the control transformer in accordance with the given asymmetry in such a way that it goes back to a negligible value.

Zu diesem Zweck werden die Kollektorströme der beiden Schalttransistoren mit Hilfe von Stromwandlern Wl, W2 in proportionale Gleichspannungen UX, U2 umgeformt. Die Primärwicklungen der beiden Stromwandler liegen im Kollektorkreis der SchalttransistorenFor this purpose, the collector currents of the two switching transistors are converted into proportional DC voltages UX, U2 with the aid of current transformers W1, W2 . The primary windings of the two current transformers are located in the collector circuit of the switching transistors

7s 3 und Ts4, die sekundärseitig nach Gleichrichtung an den Kondensatoren Cl und C2 einer Integrierschaltung erhaltenen Gleichspannungen Ui und U2 sind gegeneinander geschaltet Ihre Differenz steuert den Eingang des temperaturstabilen Differenzverstärkers mit den Transistoren Ts 1 und Ts 2. Der Differenzverstärker wird von einem Ausgang des Wechselrichters mit der Spannung LJA über eine Gleichrichterschaltung Gl mit einer stabilisierten Hilfsspaunung lh gespeist. Die Belastung des Differenzverstärkers besteht aus einer symmetrischen Zusatzwicklung I, 11 des Steuerübertragers Ü2 mittels der im Wechselrichter auftretenden Unsymmetrien durch Steuerung des Sättigungskernes ausgeregelt werden. Die symmetrisch ausgebildete Zusatzwicklung I, Il ist an inverse Ausgänge d\_%d2 des Differenzverstärkers angeschlossen und wird bei symmetrischen Spannungszeitflächen am Hauptübertrager von zwei gleich großen Strömen Ji, /2 in entgegengesetzten Richtungen durchflossen, so daß die Summe der zusätzlichen, durch /1, /2 gegebenen Durchflutung in diesem Falle null ist.7s 3 and T 4, the DC voltages Ui obtained on the secondary side after rectification of the capacitors Cl and C2, an integrating circuit and U2 are mutually connected Their difference controls the input of the temperature-stable differential amplifier with the transistors Ts 1 and Ts 2. The differential amplifier from an output of Inverter fed with the voltage LJA via a rectifier circuit Gl with a stabilized auxiliary voltage lh. The load on the differential amplifier consists of a symmetrical additional winding I, 11 of the control transformer Ü2 by means of the asymmetries occurring in the inverter are regulated by controlling the saturation core. The symmetrically designed additional winding I, II is connected to the inverse outputs d \ _% d2 of the differential amplifier and is flowed through by two equally large currents Ji, / 2 in opposite directions with symmetrical voltage-time areas on the main transformer, so that the sum of the additional, through / 1, / 2 given flow rate is zero in this case.

Bei gestörter Schaltsymmetrie des Transistor-Wechselrichters dagegen, z. B. bei zu langsam schaltendem Transistor 7s 3, wird die stromproportionale Spannung UX größer als U 2, so daß der Transistor TsI des Differenzverstärkers weiter in seinen Durchlaßbereich gesteuert wird, während Ts 2 mehr in den Sperrzustand gelangt. Dadurch steigt J 1 an, während gleichzeitig /2 auf einen entsprechend kleineren Wert zurückgeht. Es ergibt sich eine resultierende Durchflutung /1 · wl—/2 · ivII, welche den Sättigungskern zusätzlich so beeinflußt, daß er während der Durchlaßphase des Schalttransistores 7s 3 schneller, während der Sperrphase dagegen verzögert in den Sättigungsbereich gelangt. Der Schalttransistor Ts 3 wird somit in gewünschter Weise früher ausgeschaltet bzw. später eingeschaltet, so daß die Unsymmetrie auf ein zulässiges Maß zurückgeht.If the switching symmetry of the transistor inverter is disturbed, however, z. B. with too slowly switching transistor 7s 3, the current-proportional voltage UX is greater than U 2, so that the transistor TsI of the differential amplifier is controlled further in its pass band, while Ts 2 is more in the blocking state. As a result, J 1 increases, while at the same time / 2 decreases to a correspondingly smaller value. This results in a resulting flux / 1 · wl- / 2 · ivII, which also influences the saturation core in such a way that it reaches the saturation range more quickly during the passage phase of the switching transistor 7s 3, but with a delay during the blocking phase. The switching transistor Ts 3 is thus switched off earlier or switched on later in the desired manner, so that the asymmetry goes back to a permissible level.

Hierzu t Blatt ZeichnungenFor this t sheet of drawings

Claims

if patent claims:

1. Push-pull inverter with switching transistors in mid-point connection using a main transformer and with measures for balancing the output-side voltage half-waves, with proportional voltages being formed from the collector currents of the switching transistors, the difference of which is fed to a differential amplifier with two inverse outputs, characterized in that additionally a Control transformer (Ü 2) is provided with a saturation core, which is fed by the main transformer (Üi) , connected on the secondary side to the base-emitter paths of the switching transistors (Fs3, Ts 4) and is provided with a symmetrical additional winding (I, Π), which is connected to the inverse outputs (dl, d2) of the differential amplifier is connected.

2. Push-pull inverter according to claim 1, characterized in that the alternating voltage induced in the additional winding (1, H) of the control transformer (Ü2) is less than the collector-emitter voltages at transistors (TsX, 7s 2) of the differential amplifier.

2S2S