DE2337756B2

DE2337756B2 - Geregelter Gleichspannungs-Umformer

Info

Publication number: DE2337756B2
Application number: DE2337756A
Authority: DE
Inventors: Billy Harold Summit Hamilton; Frederick Francis Kunzinger; Robert Edward Schroeder
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1979-07-12
Also published as: NL7310530A; CA959542A; SE391429B; JPS49132519A; NL158037B; DE2337756A1; FR2195113B1; US3769568A; DE2337756C3; FR2195113A1; GB1436268A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geregelten Gleichspannungs-Umformer gemäß dem Oberbegriiff des Anspruchs 1. Ein derartiger Umformer ist aus der GB-PS 8 91 373 bekannt.

Bei dem bekannten Umformer wird an jedem der beiden, zu einer Bezugspotentialklemme symmetrischen Gleichspannungsausgänge als Regelgröße der dort vorhandene Ausgangsgleichstrom abgetastet und bei Überschreiten eines konstanten Referenzwertes mittels einer Vergleichseinrichtung ein zugeordnetes Fehlersiignal erzeugt. Von den beiden so erzeugten Fehlersigna.-len wird mittels einer Diodenschaltung das größere Fehlersignal ausgewählt und dieses zur Steuerung der Einschaltdauer eines monostabilen Multivibrators herangezogen. Der monostabile Multivibrator wird von einer Taktsignalquelle hinsichtlich seiner Einschaltzeitpunkte synchronisiert. Die Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators steuern den Eingangskreis des Wechselrichters derart, daß dieser jeweils während der Dauer der Impulse eingeschaltet ist.

Die bei dem bekannten Umformer vorgesehene

Auswahl des größten Fehlersignals auf analoge Weise mittels einer Diodenschaltung ist für eine Feinregelung wenig .befriedigend, da Änderungen der Diodenparameter das Auswahlergebnis und damit das Regelverhalten insgesamt verfälschen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem geregelten Gleichspannungs-Umformer der eingangs erwähnten Art ein verbessertes Regelverhalten zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Aus der US-PS 34 18 557 ist es bei einem geregelten Gleichspannungs-Umformer an sich bereits bekannt, durch Vergleich eines analogen Fehlersignals mit einem rampenförmigen Referenzsignal das Fehlersignal in eine pulsbreitenmodulierte Impulsreihe umzuwandeln. Der bekannte Gleichspannungs-Umformer hat jedoch im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Umformer nur einen einzigen Ausgang, so daß dort das Problem der Auswahl aus zwei oder mehreren Fehlersignalen . nicht auftritt.

Bei dem erfindungsgemäßen Umformer wird jedes ermittelte Fehlersignal zunächst mit einem rampenförmigen Referenzsignal verglichen und daraus eine Reihe von Impulsen abgeleitet, deren jeweiliger Beginn mit abnehme.ideni Fehlersignal zeitlich verzögert wird. Jede Reihe von abgeleiteten Impulsen wird einer Logikschaltung zugeführt, welche die Auswahl der dem größten Fehlersignal zugeordneten Impulsreihe vornimmt Da diese Auswahl im Gegensatz zum eingangs dargelegten Stand der Technik im digitalen Bereich anstatt im analogen Bereich erfolgt, werden Verfälschungen des Regelverhaltens durch sich ändernde Bauelementeparameter ausgeschlossen, wobei die Logikschaltung für eine größere Anzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle standardisiert werden kann. Hierbei wird durch den Vergleich der Fehlersignale mit dem rampenförmigen Referenzsignal eine ebenfalls von Änderungen der dort verwendeten Bauelementeparameter weitgehend unabhängige Digitalisierung der Fehlersignale gewährleistet

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig.! ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umformers,

Fig.2 ein schematisches Schaltbild einer Nachrichtenverbindung mit einem erfindungsgemäßen Umformer,

Fig.3 ein elektrisches Schaltbild eines Teils des Umformers nach F i g. 1 und

F i g. 4 ein elektrisches Schaltbild des restlichen Teils des Umformers nach F i g. 1.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Umformer ist eine Gleichspannungsquelle 12 mit einem Wechselrichter 11 gekoppelt, der über einen Vollwellen-Gleichrichter 28 eine erdsymmetrische Last 13 unter Spannungs- oder Strombeidingungen speist, die von denen in der Quelle 12 verschieden sind. Parallel zu der Last 13 ist ein Ausgangsfilter mit den Kondensatoren 14 und 15 angeordnet deren gemeinsamer Verbindungspunkt geerdet ist. An jeder Ausgangsleitung des Gleichrichters 28 wird der Strom durch Stromfühler 16 bzw. 17 erfaßt. Der Stromfühler 16 und ein Spannungsfühler 18 sind an einen Signalgenerator 20 zur Erzeugung von modulierten Impulsen in einer ersten von zwei Rückkopplungsschleifen gekoppelt. Desgleichen sind der Stromfühler 17 und ein Spannungsfühler 18 an einen

Signalgenerator 21 zur Erzeugung von modulierten Impulsen in der zweiten Rfickkopplungsschlei's gekoppelt. Ein als Konsumtfrequenzosziliator ausgebildeter Taktgeber 25 erzeugt Eingangs- bzw. Taktsignale für beide Generatoren 20 und 21. Der getrennte Aufbau der beiden Rückkopplungsschleifen setzt sich in Impulskopplungseinrichtungen 22 und 23 fort, die mit den Ausgängen der Generatoren 20 bzw. 21 verbunden sind. Die Ausgänge der Impulskopplungseinrichtungen 22 und 23 sind mit getrennten Eingängen einer gemeinsamen Logikschaltung 24 verbunden.

Bei dem Umformer nach Fig. 1 dienen erste, von der Logikschaltung 24 erzeugte Rückkopplungs- oder Steuerimpulse zur Steuerung des Leitungszustandes des Wechselrichters 11. Zusätzliche Steuerimpulse werden dem Wechselrichter 11 von einer Anlaufschaltung 26 zugeführt, die von der Gleichspannungsc'ielle 12 gespeist und durch den Taktgeber 25 mit Taktsignalen beaufschlagt wird. Der Ausgang der Anlaufschaltung 26 ist an einen dritten Eingang der Logikschaltung 24 angeschlossen, in der die Phasenlage der Ausgangsimpulse der Anlaufschaltung 26 mit der Phasenlage der Rückkopplungsimpulse hinsichtlich des zeitlichen Vorrangs verglichen wird.

Obwohl die Logikschaltung 24 einen vierten Eingang hat, dem von dem Taktgeber 25 Impulse zugeführt werden, sind, wie nachstehend noch näher erläutert werden soll, die Taktsignale des Taktgebers 25 dem Vorrangschema der I ogikschaltung 24 nicht unterworfen; vielmehr dienen sie dazu, die Logikschaltung 24 rückzusetzen, damit diese vorbereitet ist, den zeitlichen Vorrang der Rückkopplungssignale bei der darauffolgenden Arbeitsperiode zu bestimmen. Ferner soll noch näher dargelegt werden, daß bei Beendigung der halben Schaltperiode des Wechselrichters 11 durch die Rückkopplungssignale die Taktsignale des Taktgebers 25 das erneute Durchschalten des Wechselrichters 11 bei konstanter Frequenz gestatten.

An die Ausgänge der beiden Impulskupplungseinrichtungen 22 und 23 ist eine Stillsetzungsschaltung 27 angeschlossen, die trotz der dargestellten galvanischen Verbindung vorzugsweise über die Logikschaltung 24 mit den Impulskopplungseinrichtungen 22, 23 verbunden ist, um die Logikfunktionen zu zentralisieren. Die Schaltung 27 dient zur Stillsetzung des Wechselrichters 11, wie in Fig. 1 symbolisch durch die gezeigte Kopplung zwischen der Schaltung 27 und dem Stillsetzungsanschluß des Wechselrichters 11 veranschaulicht ist Eine Stillsetzung des Wechselrichters 11 erfolgt immer dann, wenn von den beiden Impulskopplungseinrichtungen 22 und 23 über eine vorbesfimmte Zeitdauer keine Rückkopplungssignale geliefert werden.

Ein von der Impulskopplungseinrichtung 22 oder 23 geliefertes Rückkopplungssignal ist in der Lage, den Betrieb des Wechselrichters 11 zu steuern und die Strom- und Spannungszustände in beiden erdsymmetrischen Hälften der Ausgangsschaltung zu regeln, obwohl das betreffende Rückkopplungssignal nur auf Strom- und Spannungszustände in einer Hälfte der Ausgangsschaltung anspricht

Durch die Zuführung der Taktsignale des Taktgebers 25 an die Generatoren 20 und 21 erfahren die an die Logikschaltung 24 über die Impulskopplungseinrichtungen 22 und 23 getrennt angekoppelten Rückkopplungssignale eine phasenveränderliche Verschiebung gegenüber den Zeitpunkten ihres Auftretens, wobei diese Verschiebungen von den Schwankungen des Ausgangs-

stromes und der Ausgangsspannung gegenüber den Sollwerten in den entsprechenden frdsymmetrischen Hälften des Umformerausgangs abhängen. Die Ankopplung der Rückkopplungssignale auf diese spezielle Weise dient, wie noch näher erläutert werden soll, zur Rücksetzung der Logikschaltung 24.

Das schematische Schaltbild von F i g. 1 zeigt ferner, daß das Prinzip der »Steuerung durch den ersten durchkommenden Impuls«, welches der Funktion der Logikschaltung 24 zugrunde liegt, auch auf eine beliebige Anzahl von anderen Rückkopplungssignalen oder Steuersignalen anwendbar ist und nicht auf die im wesentlichen redundanten Rückkopplungsimpulse und Anlaufimpulse beschränkt ist

Ein charakteristischer Anwendungsfail des erfindungsgemäßen Umformers ist in F i g. 2 dargestellt. Der Umformer 31 kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ausgebildet sein, wobei die Last 13 durch die äußere Beschattung des positiven und des negativen Anschlusses des Umformers 31 ersetzt ist Diese Beschallung umfaßt die Leitungs-Trennfilter 32, 33, die Leitungs-Trennfilter 34,35, die Entzerrerverstärker 36 und 37 für die eine Übertragungsrichtung zwischen den Leitungs-Trennfiltern 32 und 34 sowie die Entzerrerverstärker 38 und 39 für die andere Übertragungsrichtung zwischen den Leitungs-Trennfiltern 33 und 35.

Der Vollständigkeit halber sind in F i g. 2 die grundsätzlichen Teile der Steuerschaltung des Umformers 31 veranschaulicht Die Steuerschaltung umfaßt die Widerstände 42 und 43 als Teile der Stromfühler 16 und 17 von Fig. 1, die Generatoren 20 und 21, die Impulskopplungseinrichtungen 22 und 23, die Logikschaltung 24 und den Taktgeber 25. Die Gleichspannungsquelle 12 von Fig. 1 ist in Fig.2 weggelassen worden, da sie als Teil einer vollständigen Umformerschaltung zu verstehen ist Die Schaltungsdarstellung von F i g. 2 dient dazu, die Zweckmäßigkeit des erdsymmetrischen Ausgangs des Umformers bei einer charakteristischen Anwendung zu zeigen. Solche Zweikanal-Vierdraht-Nachrichtenverbindungen sind bei langen Nachrichtenübertragungsleitungen gang und gäbe, so daß auf die Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise der Leitungs-Trennfilter 32 bis 35 und der Entzerrerverstärker 36 bis 39 verzichtet werden kann.

Wenn die effektiven Lastimpedanzen, die an den Umformer 31 in den beiden erdsymmetrischen Hälften der äußeren Beschattung angeschlossen sind, gleich groß sind, ist eine der beiden Rückkopplungs-Regelschaltungen sowohl für die Stromregelung als auch die Spannungsregelung redundant Und zwar wird die gewünschte Ausgangscharakteristik auch erreicht, wenn eine der Regelschaltungen versagt
. Wenn die Belastung ungleich ist besitzt die Stromregelung so lange noch Redundanz, wie die Ausgangswicklung des Wechselrichters 11 gegenüber Masse isoliert ist (F i g. 3). Die Spannung auf der Seite mit dem höheren Lastwiderstand stellt dann die größte Spannung gegen Masse dar. Wenn dieser höhere Lastwiuerstand so groß wird, daß die an ihm anliegende Spannung dazu neigt, die maximal zulässige Spannung zu übersteigen, erzeugt die Rückkopplungs-Regelschaltung auf dieser Seite den ersten Impuls und wirkt dem weiteren Spannungsanstieg entgegen, was einer Umschaltung von Strom- und Spannungsregelung entspricht.

In F i g. 3 ist ein spezielles elektrisches Schaltbild

eines Teils des Umformers nach F i g. 1 dargestellt. Geht man zum Verständnis dieses Schaltbildes von dem Wechselrichter 11 aus, so ist zu erkennen, daß zunächst ein Strom von der Gleichspannungsquelle 12 über den Eingangsschalter 51 den Emitterelektroden der Schalttransistoren 52 und 53 symmetrisch zugeführt wird. Die Kollektorelektroden der Schalttransistoren 52 und 53 sind an den Enden der Primärwicklung 54 des Transformators 55 angeschlossen. Der Gleichstrompfad zurück zu dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle 12 wird durch die Filterspule 56 vervollständigt Die Transistoren 52 und 53 stellen keinen Teil einer Oszillatorschaltung dar, sondern werden abwechselnd in Abhängigkeit von einem frequenzkonstanten Treibersignal durchgeschaltet, das von dem Taktgeber 25 und der Logikschaltung 24 über Leitungen 57 und 58 an die Basiselektroden der Transistoren 61 und 62 einer Basistreiberschaltung zugeführt wird. Die Transistoren 61 und 62 sind zusammen mit den Transistoren 63 und 64 zu Darlingtonpaaren zusammengeschaltet, so daß eine ausreichende Stromabsenkung der Transistoren 63 und 64 in ihrem durchgeschalteten Zustand sichergestellt ist. Entsprechend werden, wenn die Transistoren 61 und 62 gesperrt sind, die Transistoren 63 und 64 sicher im gesperrten Zustand gehalten, und die End-Treibertransistoren 65 und 66 werden in den voll gesättigten Leitungszustand getrieben, so daß eine vollständige Leitung durch die Transistoren 52 und 53 erzielt wird. Die restlichen Teile der zu den Transistoren 61 bis 64 gehörenden Treiberschaltung für den Wechselrichter sind in üblicher Bauweise ausgeführt. Beispielsweise dienen die Kombinationen der Kondensatoren 67 und 68 mit den Zenerdioden 69 und 70 dazu, die gespeicherte Ladung in den Schalttransistoren 52 und 53 in einer Weise zu löschen, wie dies in der US-PS 33 04 489 beschrieben ist.

Wie oben erwähnt wurde, werden die Transistoren 52 und 53 nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd durchgeschaltet. Die Abschaltzeit der Schalttransistoren 52, 53 ist während jedes halben Schaltzyklus zeitlich veränderlieh, um die gewünschte Steuerung der Ausgangsstrom- und -spannungswerte zu erzielen.

Bei dem Wechselrichter 11 hält ein Kondensator 71 die an die Schalttransistoren 52, 53 angelegte Gleichspannung stets auf einen zulässigen Pegel, so daß dann, wenn die Treibertransistoren 61 und 64 abgeschaltet werden, das richtige Transistorenpaar 65 und 52 odei 66 und 53 durchgeschaltet wird. Es ist ferner zu beachten, daß der Wechselrichter 11 dadurch stillgesetzt werden kann, daß der Sättigungsstrom gleichzeitig in den Transistoren 61 bis 64 simuliert wird. Dieser Stromfluß wird durch die Stillsetzungsdioden 72 und 73 erzielt, deren Anoden an die Kollektorelektroden der Transistoren 61 und 62 und deren Kathoden gemeinsam an den Ausgangsanschluß der Stillsetzungsschaltung 74 angeschlossen sind. Das Ausgangssignal des Wechselrichters 11 wird Ober die Sekundärwicklung 75 des Transformators 55 dem Vollwellengleichrichter 76 zugeführt. Der abgeglichene Filterbereich 77 weist die miteinander gekoppelten Filterspulen 78 und 79 und die Ausgangs-Filterkondensatoren 80 und 81 auf, deren gemeinsamer Anschluß geerdet ist Eine Filterstufe mit kapazitiver Filterung wird durch die Kondensatoren 82 und 83 gebildet, die parallel zu den Ausgangs-Spannungsfühlerwiderständen 84 und 85 angeordnet sind. Der Stromfühlerwiderstand 86 der positiven Leitung ist zwischen den Anschlüssen der Kondensatoren 80 und 82 für die positive Leitung angeschlossen. Die Ausgangs

spannung der positiven Leitung wird zwischen dem Verbindungspunkt des Widerstandes 84 und dem positiven Anschluß des Kondensators 82 abgetastet. Der Stromfühlerwiderstand 87 für die negative Leitung ist zwischen dem Spannungsfühlerwiderstand 85 und dem Filterkondensator 83 angeschlossen.

Wie vorstehend im Zusammenhang mit F i g. 1 bereits erwähnt wurde, werden die Signale von den Ausgangsstrom- und -Spannungsfühlern, z. B. den Widerständen 84 bis 87 (F i g. 3) einer Rückkopplungsschleife mit den Generatoren 20 und 21 zugeführt die in F i g. 3 durch eine dick ausgezogene horizontale Linie getrennt sind und Verstärkungs- und Vergleichsfunktionen sowie impuisformgebungsfunkiionen besitzen, die durch die nachstehend beschriebene Einrichtung ausgeführt werden. Die Generatoren 20 und 21 überwachen den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung zwischen Masse und der positiven bzw. negativen Ausgangsleitung des Umformers.

Die erste Stufe des mit drei Eingängen versehenen Vergleichers ist ein aktiver Fehlerverstärker 114, dessen Gleichstromausgangssignal mit der Sägezahnspannung in der Vergleicherstufe 126 verglichen wird.

Der Ausgangsstrom auf der positiven Ausgangsleitung wird über den Widerstand 86 abgetastet und über den Widerstand 117 einem ersten Eingang für positive Signale des Verstärkers 114 der drei Eingänge aufweisenden Vergleicherschaltung zugeführt. Die positive Ausgangsspannung zwischen der einen Ausgangsleitung und Masse wird an dem Abschnitt des Widerstandes 84 zwischen dem Spannungsteilerabgriff und dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände 86 und 84 invers abgetastet Diese invertierte Ausgangsspannung wird durch den Invertierverstärker 111 invertiert, welcher Widerstände 112 und 113 in seinen Eingangsleitungen und einen Widerstand 195 zur Einstellung seiner Gleichstromverstärkung aufweist. Das Ausgangssignal des Invertierverstärkers 111 wird über einen Widerstand 116 dem für positive Signale vorgesehenen zweiten Eingang des Vergleicherverstärkers 114 zugeführt Die Widerstände 112, 113, 195 und 116 verleihen dem Ausgangsspannungssignal des Invertierverstärkers 111 eine solche Größe, daß es mit derselben Bezugsspannung wie das Ausgangsstromsignal verglichen werden kann, welches durch eine an dem Mitteleingang des Vergleicherverstärkers 114 auftretende Spannung gebildet ist Wenn sich daher sowohl die Ausgangsspannung als auch der Ausgangsstrom auf dem Sollwert befinden, sind beide Spannungen an den positiven Eingängen des Vergleicherverstärkers 114 gleich der Bezugsspannung an dessen negativem Eingang.

Die Bezugsspannung wird von einem Schaltkreis mit der Sekundärwicklung 88 des Transformators 55, dem Vollwellengleichrichter 93 und einer Zenerdiode 95 abgeleitet, die eine Konstantspannung liefert welche von dem Kondensator 97 gefiltert, durch den Spannungsteiler 99 in geeigneter Weise dimensioniert und über den Widerstand 118 dem negativen Bezugsspannungseingang des Vergleicherverstärkers 114 zugeführt wird. Der Vergleicherverstärker 114 wird'durch einen Differenzverstärker bekannter Bauweise verkörpert, der die Differenz zwischen der Bezugsspannung und den beiden Eingangssignalen verstärkt

Die automatische Umschaltung von Stromregelung auf Spannungsregelung erfolgt dann, wenn das Spannungssignal an dem — in der Zeichenebene gesehen — oberen Eingang des Verstärkers 114 das Spannungssi-

gnal an dem Mitteleingang der Verstärkers übersteigt. Die Eingangssignsie für den ebenfalls drei Eingänge aufweisenden Vergleicherverstärker 115 werden auf ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben abgeleitet, mit der Ausnahme, daß kein Invertierverstärker erforderlich ist. Schließlich ist noch die Umsetzung des Ausgangssignals erforderlich, das in Form eines Gleichspannungspegels an dem Ausgang des Vergleicherverstärkers 114 oder 115 auftritt, wenn der entsprechende Ausgangsleitungsstrom oder die Ausgangsleitungsspannung einen Ausgangsimpuls übersteigt, dessen Phasenverschiebung eine inverse Funktion des Betrages der Überspannung oder des Übersiromes ist

Insbesondere liefert der Schaltkreis mit dem Transistör 109 in dem Generator 20 und dem Transistor 110 in dem Generator 21 eine Takt-Sägezahnspannung, die mit dem Taktgeber 25 synchronisiert ist, um ihre Funktion durch einen Vergleich der Ausgangsgleichspannung mit der Sägezahnspannung in Vergleichsschaltungen 126 und 127 zu erfüllen. Die Vergleichsschaltungen 126 und 127 und eine noch zu erläuternde Differenzierschaltung 130, 131 und 136 wandeln die Differenz zwischen der Ausgangsgleichspannung der Vergleicherverstärker 114 und 115 und der Sägezahnspannung in einen Impulszug mit derselben Frequenz wie die Sägezahnspannung und mit einer Zeitverzögerung bzw. Phasenverschiebung gegenüber dem Zyklusbeginn der Takt-Sägezahnspannung um. Im wesentlichen transformieren die Generatoren 20 und 21 also ein analoges Fehlersignal in ein Zeitsignal in Form geeigneter Rückkopplungssignale, die über die Impulstransformatoren 134 und 135 auf die Logikschaltung 24 gekoppelt werden und schließlich die Dauer jedes halben Schaltzyklus des Wechselrichters 11 dadurch steuern, daß sie den Leitungszustand des jeweils durchgeschalteten Schalttransistors in dem entsprechenden halben Schaltzyklus beenden. Der Schaltkreis zur Erzeugung der Sägezahnspannung weist im einzelnen Spannungsteiler 100 und 101 auf, die parallel zu den die Sollwerte vorgegebenden Zenerdioden 96 und 95 angeordnet sind. Die parallel zu einem Abschnitt der Spannungsteiler 101 und 100 angeschlossenen Filterkondensatoren 103 und 104 und die zur Erzeugung der Sägezahnspannung durch die Transistoren 109 und 110 periodisch geladenen und entladenen Kondensatoren 105 und 106 sind mit dem Mittelabgriff der Spannungsteiler 100, 101 verbunden. Insbesondere ist der Kondensator 105 zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers 101 und dem Sägezahnspannungseingang der Vergleichsschaltung 126 angeordnet und wird über einen Widerstand 198 geladen. Der Ausgang des Verstärkers 114 ist an den Filterkondensator 124 und den negativen Signaleingang der Vergleichsschaltung 126 angeschlossen. Der in Reihe mit der Kollektorelektrode des Transistors 109 liegende Widerstand 107 ist parallel zu dem Kondensator 105 angeordnet Der Schaltkreis zur Erzeugung der Sägezahnspannung in dem Generator 21 ist ähnlich wie der vorstehend erläuterte Schaltkreis ausgebildet

Als Eingangssignale für die Basiselektroden der Transistoren 109 und 110 sind die Taktsignale des Taktgebers 25 vorgesehen, die über den ungeerdeten Impulstransformator 154 und die Sekundärwicklungen 157 und 156 angekoppelt werden. Diese Taktsignale sind ausreichend groß, um den Transistor 109 oder den Transistor 110 zum gewünschten Zeitpunkt durchzuschalten. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, kann der Schaltkreis für die Sägezahnspannung im Prinzip so ausgelegt werden, daß er mit einer beliebigen gewünschten Polarität arbeitet.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Schaltung tritt ein langsamer Abfall der an dem positiven Eingang der Vergleichsschaltung 126 oder der Vergleichsschaltung 127 anstehenden Sägezahnspannung auf, wenn sich der Kondensator 105 bzw. der Kondensator 106 nachzuladen beginnt, nachdem er vorher durch einen gesättigten Transistor 109 oder 110 im entladenen Zustand gehalten worden ist. Die Vergleichsschaltungen 126 und 127 erzeugen ein niederpegeliges Ausgangssignal, bis die Sägezahnspannung kleiner als das Signal ist, das an dem negativen Eingang auftritt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein starkes Ausgangssignal erzeugt, das in Pufferverstärkern 128 und 129 verstärkt und durch eine WC-Schaltung differenziert wird, welche Spannungsteiler 130,131 bzw. 132,133, Kondensatoren 136 bzw. 137 und Impulstransformatoren 138 und 139 aufweist. Der differenzierte Impuls wird dann über eine Leitung 152 bzw. 153 den entsprechenden Eingängen der Logikschaltung 24 zugeführt.

Der in Fig.3 nicht in Form eines elektrischen Schaltbildes veranschaulichte restliche Teil des Umformers nach F i g. 1 ist in F i g. 4 veranschaulicht. Dabei sind aus Platzgründen der Wechselrichter 11 und die Impulsgeneratoren 20 und 21 nur schematisch in Blockform dargestellt.

Die Logikschaltung 24 weist die bistabilen Multivibratoren 161 und 162 sowie einen weiteren, aus kreuzweise gekoppelten NOR-Gattern 173 und 174 bestehenden bistabilen Multivibrator auf. Die Multivibratoren 161 und 162 sind im wesentlichen ähnlich ausgeführt und für sich bekannt. Sie werden an den Anschlüssen Si, Q und Γι und S2, T2 und Ci mit verschiedenen Eingangssignalen beaufschlagt Von Bedeutung für ihre Funktionsweise ist die Ankopplung des quasi-rechteckigen Taktsignals des Taktgebers 25 an den Eingangsanschluß Ti des Multivibrators 161 und den Eingangsanschluß Sb des Multivibrators 162. Im ersteren Fall ändert sich der Zustand des Signals am Ausgang Qu wenn das Eingangssignal an dem Anschluß Ti vom Zustand »1« in den Zustand »0« wechselt Daher halbiert der Multivibrator 161 die Frequenz der Eingangssignale.

Auf ähnliche Weise empfängt im Normalbetrieb der Multivibrator 162 einmal während jeder Schaltperiode an seinem Eingang Si ein Taktsignal von dem Taktgeber 25 und an dem Eingangsanschluß C₂ ein Rückkopplungssignal P2. In Abhängigkeit von diesen beiden Eingangssignalen erzeugt der Multivibrator 162 so lange einen »!«-Ausgangsimpuls an dem Ausgangssignalanschluß Q2, bis er von dem Taktgeber 25 rückgesetzt wird. Eine Hälfte des Wechselrichters 11 wird schließlich durch ein mit vier Eingängen versehenes NOR-Gatter gesteuert, das die NOR-Gatter 163 und 164 aufweist die ein Signal A mit dem Signalzustand »1« erzeugen, wenn alle vier Eingänge den Zustand »0« aufweisen. Auf ähnliche Weise wird die andere Hälfte des Wechselrichters 11 in Abhängigkeit von einem anderen mit vier Eingängen versehenen NOR-Gatter gesteuert, das die NOR-Gatter 165 und 166 aufweist, die ein Ausgangssignal B erzeugen, das den Zustand »1« besitzt, wenn alle vier Eingänge den Zustand »0« aufweisen. Zwei der vier erwähnten Eingänge der NOR-Gatter 163 und 164 sind identisch mit den Ausgängen Qi, Q2, ein weiterer Eingang wird mit dem Rückkopplungssignal Q\ des dritten Multivibrators beaufschlagt und ein vierter Eingang wird mit dem Taktsignal / des Taktgebers 25

beaufschlagt. Die ferner erwähnten vier Eingänge der NOR-Gatter 165, 166 sind mit den Eingängen der NOR-Gatter 163, 164 idemisch, jedoch mit der Ausnahme, daß der Eingang Qt, durch den Eingang Q] ersetzt ist. Immer wenn der Emgang Qt den Zustand »1« besitzt, führt der Eingang Qt ein »O«-Signal, während dann, wenn der Eingang Qt den Zustand »0« besitzt, der Eingang Qt ein »1 «-Signal führt. Sämtliche erwähnten NOR-Gatter werden mit geeigneten Vorspannungen über die Widerstände 167 bis 170 und 175 bis 178 von einer Zenerdiode 30 gespeist. Die NOR-Gatter 171 und 172 invertieren die A- bzw. B-Signale, wodurch Signale erzeugt werden, die mit "Ävma ß bezeichnet sind und die über Leitungen 57 und 58 deYn Wechselrichter 11 zugeführt werden, um die entsprechenden erdsymmetrischen Hälften des Wechselrichters 11 zu steuern. Insbesondere werden »1 «-Signale auf diesen Leitungen erzeugt, um den Leitungszustand des jeweiligen Schalttransistors in den Hälften des Wechselrichters 111 zu beenden. Der dritte Multivibrator mit den NOR-Ga ttern 173 und 174 spricht nicht nur auf das Taktsignal! / des Taktgebers 25, sondern auch auf das Rückkopplungssignal Pi des Impulsgenerators 20 an. Das andere Eingangssignal jedes dieser beiden NOR-Gatter 173, ;74 ist das Ausgangssignal des jeweils anderen Gatters. Zum Verständnis der Funktionsweise des Multivibrators sei angenommen, daß das Signal am Eingang Qi den Zustand »0« besitzt, bis ein Rückkopplungssignal Pi, d. h. ein »1 «-Signal auftritt Ferner sei zum Verständnis der Funktionsweise des Multivibrators 162 angenommen, daß der Ausgang Q~i den Zustand »0« besitzt, bis ein Rückkopplungssignal P2, d. h. ein »1 «-Signal auftritt. Wenn daher keine Rückkopplungssignale Pi oder Pi mit dem Zustand »1« vorhanden sind, ist das Ausgangssignal A der NOR-Gatter 163 und 164 ein Rechtecksignal, das sich bei aufeinanderfolgenden Perioden nur dann im »1 «-Zustand befindet, wenn sich das Taktsignal / im »««-Zustand befindet. Das Signal B der NOR-Gatter 165 und 166 ist gleich dem Signal A, jedoch um eine Periode des Taktgebers 25 verschoben.

Mit den vorstehend angegebenen Bedingungen für die Funktionsweise der Logikschaltung 24 kann di;r Betrieb des Multivibrators mit den NOR-Gattern 173 und 174 wie folgt beschrieben werden: Wenn das Rückkopplungssignal Pi im »O«-Zustand ist, führt der Ausgang Q\ immer ein »O«-Signal. Wenn das Rückkopplungssignai Pt auf den »1 «-Zustand umschaltet und das Taktsignal /im »0«-Zustand ist, schaltet der Ausgang Q₃ auf den Signalzustand »1« um und bleibt in diesem Zustand, bis das Taktsignal / auf den »1«-Zustand umschaltet Wenn das Taktsignal /im »1 «-Zustand ist, führt der Ausgang Qi immer ein »(!«-Signal. Wenn ein Rückkoppjungssignal Pi auftritt, nimmt daher der Ausgang Q} den »1 «-Zustand ein und das bisher im »1 «-Zustand befindliche Signal A oder B wechselt auf den »O«-Zustand um. Es ist zu beachten, daßjmmer, wenn ein Rückkopplungssignal Pi auftritt, der ^-Ausgang auf den »0«-Zustand schaltet Dadurch wird bewirkt, daß dasjenige der Signale A und B, das nicht den »O«-Zustand besaß, in den »0«-Zustand umschaltet Daher nimmt eines der Signale Ä und S den »1 «-Zustand ein und veranlaßt den Wechselrichter 11, den Leitungszustand desjenigen halben Schaltzyklus zu beenden, der zu diesem Zeitpunkt vorhanden ist

Während des anfänglichen Starts des Umformers würde der durchgeschaltete Wechselrichtertransistor stark überlastet, wenn die Kondensatoren 80 bis 83 des Ausgangsfilters zu schnell aufgeladen würden. Dennoch treten keine den Leitungszustand des Wechselrichters beendende Rückkopplungssignale Pi oder P2 so lange auf, bis die Kondensatoren 80 bis 83 so weit aufgeladen sind, damit eine ausreichende Vorspannung an den Generatoren 20,21 auftritt. Um die Beanspruchung des Wechselrichters 11 zu reduzieren, liefert die Anlaufrichtung 26 periodische Impulse nach dem anfänglichen Schließen des Schalters 51, um den Effekt von Rückkopplungssignalen auf die Logikschaltung 24 zu simulieren. Die Erzeugung der Ausgangsimpulse der Anlaufschaltung 26 entspricht dem Wirkungsprinzip der Logikschaltung 24, wonach der erste ankommende Impuls den Betrieb des Wechselrichters 11 steuert und so benutzt wird, wie er auch bezüglich der Rückkopplungsimpulse der beiden Generatoren 20,21 verwendet wurde. Grundsätzlich liefert die Anlaufschaltung 26 einen Impuls an die Kollektorelektrode des Transistors 182, der mit dem Qj-Ausgang des NOR-Gatters 173 verbunden ist und treibt ihn in den »0«-Zustand, wenn der Transistor 182 in die Sättigung geht. Wie vorstehend bereits erläutert wurde, beendet der »O«-Zustand des Ausgangs Q₃ einen halben Leitungszyklus des Wechselrichters 11. Die Anlauf schaltung 26 wird von dem Taktgeber 25 über das Taktsignal / taktgesteuert, das über die Widerstände 184 an die Basiselektrode des Transistors 183 angekoppelt wird, der zur Entladung des Kondensators 185 dient Solange die Spannung an dem Kondensator 185 den Summenwert aus dem Spannungsabfall an dem Varistor 191 und der Basis-Emitterspannung des Transistors 182 nicht übersteigt, hält der leitende Widerstand 192 den Transistor 182 im gesperrten Zustand und die Anlaufschaltung 26 hat keinen Einfluß auf den Arbeitszyklus der Signale A und B. Wenn sich jedoch der Kondensator 185 auf den erwähnten Summenwert aufzuladen vermag, geht der Transistor 182 in die Sättigung, wodurch eines der Signale A und B den Zustand »0« annimmt und ein halber Leitungszyklus des Wechselrichters 11 beendet wird.

Der Kondensator 185 wird durch den Kollektorstrom des Transistors 181 geladen, der als gesteuerte Stromquelle arbeitet Der Wert des über die Emitter- und die Kollektorelektrode des Transistors 181 fließenden Stroms wird durch die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 181 bestimmt die mit dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände 187 und 188 verbunden ist; dieser Stromwert ist umgekehrt proportional der Spannung an der Reihenschaltung aus dem Kondensator 186 und dem Widerstand der Bezugsspannungs-Zenerdiode 189. Die Spannung an dem Kondensator 186 und der gesteuerte Strom stehen in direkter Beziehung zu der seit dem Schließen des Schalters 51 verstrichenen Zeit Insbesondere liegt die Basisspannung des Transistors 181 anfänglich auf einem kleinen Wert wenn die Spannung an dem Kondensator 126 gleich Null ist und wächst exponentiell auf etwa den zehnfachen Wert mit einer näherungsweisen Zeitkonstanten von (R₁Sr + Riss) (Qk), während sich der Kondensator 186 auflädt Daher ist der Ladestrom für den Kondensator 185 anfänglich groß, wenn der Schalter 51 am Anfang geschlossen wird, und fällt exponentiell ab. Auf diese Weise wird der Transistor 181 gesättigt und Signale für einen langsamen Anlauf werden an die Logikschaltung 24 sehr häufig unmittelbar nach dem Schließen des Schalters 51 angelegt Der Arbeitszyklus des Umformers vergrößert sich nach und nach, so daß sich das Umformerausgangssignal langsam aufbaut, während der Kondensator 185 immer langer

braucht, um sich auf den maximalen Wert aufzuladen, der zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses für die Logikschaltung 24 erforderlich ist. Gelegentlich sind die Ausgangskondensatoren 80 bis 83 zwischen der betreffenden Ausgangsleitung und Masse ausreichend aufgeladen, um die Generatoren 20 und 21 in ihren aktiven Bereich vorzuspannen, so daß Rückkopplungssignale P\ oder P₂ an der Logikschaltung 24 ankommen, bevor der Transistor 182 gesättigt ist, um einen Anlaufimpuls zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Ausgang Qj bereits in dem »O«-Zustand, so daß die Sättigung des Transistors 122 keine Auswirkungen besitzt.

Die Stiiisetzungsschaltung 74 überwacht indirekt mit Hilfe der in der Logikschaltung 24 hervorgerufenen Änderungen das Ausgangssignal der beiden Generatoren 20 und 21 und setzt den Wechselrichter 11 still, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg keine Rückkopplungssignale erzeugt werden und keine derartigen Änderungen auftreten. Die Transistoren 201 und 202 der Stillsetzungsschaltung 74 weisen ein NOR-Gatter auf, dessen Eingangssignale über den Widerstand 203 von dem Qj-Signal und über den Widerstand 204 von dem Qj-Signal der Logikschaltung 24 abgeleitet werden. Im dargestellten Beispielsfall wird über einer Zenerdiode 211 eine gesteuerte Vorspannung für die Transistoren 201 und 203 abgenommen, die in Reihe mit dem Widerstand 212 parallel zu der Eingangsstromquelle 12 angeordnet ist. Diese Vorspannung wird über einen Widerstand 213 und eine Diode 214 an die gemeinsamen Emitter- und den Kollektorelektroden der Transistoren 201 und 202 angelegt. In der Zeitspanne zwischen den Leitungszuständen des Transistors 201 und des Transistors 202 lädt sich der Kondensator 205 über einen Widerstand 213, eine Diode 214 und einen Widerstand 209 auf. Wenn er sich weiterhin unbegrenzt aufladen kann, übersteigt seine Spannung gelegentlich die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 206 und sättigt den Transistor 208, dessen Basiselektrode an dem Verbindungspunkt zwischen der Diode 206 und dem Widerstand 207 angeschlossen ist Sobald der Transistor 208 durchgesteuert ist, fließt ein Strom durch ihn und durch die Widerstände 159 und 160, wodurch eine Stillsetzungslampe 158 eingeschaltet wird; dieser Strom fließt ferner durch die Dioden 72 und 73, die eine kontinuierliche Anwesenheit von beiden Signalen Ä und B simulieren und beide Hälften des

ίο Wechselrichters im nichtleitenden Zustand halten.

Unter normalen Betriebsbedingungen kann sich indessen der Kondensator 205 nicht auf eine derartige Spannung aufladen. Wenn einer der Ausgänge Qi oder Q\ den »!«-Zustand besitzt, liegt entweder ein »1«-Impuls an einem oder beiden der Pi- und /VEingänge der Logikschaltung 24 oder es wurde einer der Transistoren 182 der Anlaufschaltung kurzzeitig gesättigt, um den Ausgang Q₃ in den »0«-Zustand zu bringen. Daher regelt wenigstens einer der Impulsgene-

ratoren 20 oder 21 den Umformerausgang, oder die Anlaufschaltung 26 steuert den_ Umformerausgang. Wenn die Ausgänge Q₂ oder φ den Zustand »1« besitzen, ist entweder der Transistor 201 oder der Transistor 202 gesättigt, wodurch der Kondensator 205 über den Widerstand 209 entladen wird.

Wenn beide Ausgänge Q₂ oder Q₃ während einer Zeitdauer von etwa 10 Schaltzyklen beispielsweise des Taktsignals / den Zustand »0« besitzen, lädt sich der Kondensator 205 trotzdem ausreichend weit auf, um die Zenerdiode 206 und den Transistor 208 in den vollständig leitfähigen Zustand zu steuern. Wenn der Transistor 208 durchgeschaltet ist, bleibt er so lange leitend, bis der Schalter 51 geöffnet und dann nach wenigstens einer vorgewählten Zeitdauer, beispielswei-

se 30 Sekunden, wieder geschlossen wird, weil die Eingangsspannung an dem Filterkondensator 71 abgefallen ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geregelter Gleichspannungs-Umformer raut einem von einer Gleichspanuungsquelle gespeisten Wechselrichter und einer diesem nachgeschaltetcn Gleichrichteranordnung, mit zwei zu einer Bezugspotentialklemme symmetrischen Gleichspannungsausgängen, wobei der eine Ausgang eine positive Spannung und der andere Ausgang eine negative Spannung aufweist, mit einem Taktgeber zum Steuern des periodischen Einschaltens des Eingangskreises des Wechselrichters und mit einer Begrenzungs-Regeleinrichtung, in der für jeden Gleichspannungsausgang eine Regelgröße mit einem Refercrczwert mittels einer Vergleichseinrichtung verglichen und von den beiden daraus bei Überschreiten des Referenzwertes gebildeten Fehlersignalen das jeweils größere Fehlersignal ausgewählt wird und in Abhängigkeit davon die Einschaltdauer des Eingangskreises des Wechselrichters gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes FeIilersignal in einer weiteren, ihm zugeordneten Vergleichseinrichtung (126,127) mit einem rampenförmigen, von dem Taktgeber (25) synchronisierten Referenzsignal verglichen wird und jeweils im Schnittpunkt der Signalrampe mit dem Fehlersignal ein Impuls abgeleitet wird, derart, daß der Beginn des Impulses mit abnehmendem Fehlersignal zeitlich verzögert wird, und daß eine Logikschaltung (24) vorgesehen ist, welche mit den beiden Reihen der abgeleiteten Impulse beaufschlagt und zur Erzeugung der Abschaltsignale für den Wechselrichter (11) in Abhängigkeit von dem jeweils zuerst ankommenden Impuls der beiden Reihen ausgebildet ist.

2. Gleichspannungs-Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stilisetzungsschaltung (27, 74) zur Überwachung der beiden Impulsreihen sowie zur Erzeugung eines Sperrsignals für den Wechselrichter (11) bei Ausbleiben von Impulsen der beiden Reihen während eines bestimmten Zeitintervalls vorgesehen ist.