DE2347483B2 - Sperrschwinger - Google Patents
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Description
Spannungsquelle und mit zur Durchlaßrichtung Verstäikerelement ein Transistor ist, dessen Kollek-
der Basis-Emitter-Strecke des Transistors ent- tor über die Primärwicklung des Rückkopplungsgegengesetzter
Polarität angeschlossen ist. 40 transformators mit dem einen Pol der Betriebsspan-
4. Sperrschwinger nach Anspruch 3, dadurch nungsquelle verbunden ist, während dessen Emitter
gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle
(RB) in der Basiszuleitung des Transistors ein verbunden ist, daß das eine Ende der Rückkopp-Kondensator
(C) liegt. lungswicklung mit demselben Pol wie der Kollektor
45 und das andere Ende mit der Baris des Transistors verbunden ist, und daß zwischen dem anderen Ende
der Rückkopplungswicklung und der Basis des Transistors ein Widerstand eingeschaltet ist und daß an
diesem Verbifiiiungspunkt von Rückkopplungswick-50
lung und W^srsfand das eine Ende der Diode ange-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sperrschwin- schlossen ist. deren anderes Ende mit dem andeger
mit einem über einen Rückkopplungstransforma- ren Pol des Petriebsspannungsquelle und mit zur
tor mit einer Haupt- und einer Rückkopplungswick- Durchlaßrichtung der Basis-Emitter-Strecke des
lung zuriickgekoppelten Verstärkerelement. Transistors entgegengesetzter Polarität angeschlossen
Das Problem bei den meisten bekannten Sperr- 55 ist.
schwingern ist deren Stabilität, niedriger Wirkungs- Dadurch wird erreicht, daß die Diode nur leitend
grad und die Wirkungsgradabhängigkeit von der ist, wenn der Transistor nicht leitend ist, während
Betriebsspannung. Ein anderer Nachteil ist, daß die gleichzeitig der Widerstand in der Basisstrecke den
Kollektor-Emitter-Spannung infolge der im Trans- Basisstrom im Transistor und die gewünschte Enerformator
gespeicherten magnetischen Energie auf 60 gierückleitung bestimmt.
sehr hohe Werte ansteigen kann. Bei einem Sperr- Es ist ferner vorteilhaft, wenn parallel zum Wider-
schwinger mit einem Transistor als Verstärkerelement stand in der Basiszuleitung des Transistors ein Konist
es bekannt, die Energie dadurch zu übertragen, densator liegt.
daß der Transistor leitend gesteuert wird, und die Dadurch erhält man im Augenblick des Wechsels,
Überspannungen mittels Dioden zu begrenzt werden, 65 wenn z. B. der Transistor leitend wird, einen großen
die auch zur Auflösung der magnetischen Energie Stromimpuls, der den Transistor voll durchsteuert,
dienen, z. B. dadurch, daß sie parallel zur Primär- und hierdurch wird ein schneller Wechsel sowie ein
wicklung des Transformators geschaltet werden. hoher Wirkungsgrad erzielt.
Die Erfindung ergibt somit einen hohen Wirkungsgrad, eine Begrenzung der Kollektor-Emitter-Spannung,
annähernde Temperaturunabhängigkeit in einem sehr großen Bereich, z.B. — 25°Cbis +850C,
und der Wirkungsgrad ist von der Betriebsspannung unabhängig.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 einen bekannten Sperrschwinger,
Fi g. 2 den Sperrschwinger nach der Erfindung und
Fig. 3 verschiedene Strom- und Spannungsdiagramme.
Nach Fig. 1 ist eine Leitung 1 mit dem einen Pol und eine Leitung 2 mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsauelle
verbunden. Eine Leitung 3 verbindet eine Vorspannungsquelle über einen mechanischen
oder elektronischen Schalter mit der Basis eines Transistors 5, so daß man mittels des Schalters
bestimmen kann, ob der Sperrschwinger ausgelöst wird oder nicht.
Das eine Ende der Primärwicklung 9 eines Transformators?
ist am Kollektor 6 des Transistors und das andere Ende an der Leitung 1 angeschlossen. Der
Transformator ist mit einer Ausgangswicklung 10 versehen, die von einem Kondensator 11 überbrückt
ist. Dieser Kondensator wird im leitenden Zustand des Transistors 5 aufgeladen, und die im Kondensator
gespeicherte Energie verursacht in dem anderen, nicht leitenden Zustand des Transistors eine
Auflösung der im Transformator vorhandenen elektrischen Energie. Das heißt, daß sowohl zum Aufladen
des Kondensators als auch die im Transformator verbliebene Energie gebraucht wird. Der Transformator?
besitzt außerdem eine Rückkopplungswicklung 12, die eine Mitkopplung bewirkt. Ihr eines
Ende 13 ist an der Basis 4 des Transistors 5 und ihr anderes Ende 14 an einem Widerstand 15 angeschlossen,
der an dem Ausgang eines aus Widerständen 16, 17 bestehenden, über die Leitungen 1, 2 an der Betriebsgleichspannung
liegenden Spannungsteilers angeschlossen ist.
Dieser Sperrschwinger hat die bereits erwähnten Nachteile, insbesondere kann die Spannung an der
Kollektor-Emitter-Strecke UCF auf sehr hohe Werte
ansteigen, so daß man einen Transistor benötigt, dessen Kollektor-Emitter-Strecke eine sehr hohe
Durchschlagsspannung aufweist. Zum Beispiel kann Ua.: bei einer Betriebsgleichspannung von 18 Volt
und der hier angegebenen Kopplung auf etwa 100 V ansteigen, weshalb man aus Sicherheitsgründen einen
140-V-Transistor verwenden muß.
Der Wirkungsgrad und damit die Ausgangsleitung sind stark von Änderungen der Betriebsspannung,
der Temperatur sowie der Stromverstärkung des Transistors abhängig.
F i g. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die Betriebsgleichspannung UB liegt an Leitungen
18 und 19. Eine Steuerspannung Us kann über
Leitungen 19, 20 und einen Schalter 21 der Basis 22 und dem Emitter 24 zugeführt werden und dadurch
den Transistor 23 sperren. Der Kollektor 25 ist an dem einen Ende der Primärwicklung 27 des Transformators
26 angeschlossen, während das andere Ende der Wicklung 27 mit der Leitung 18 verbunden
ist. Die Ausgangswicklung 29 ist über eine Diode 30 mit dem Lastwiderstand RL verbunden. Das eine
Ende der Rückkopplungswicklung 28 des Transformators 26 ist mit der Leitung 18 und das andere
Ende über eine Diode D1 mit der anderen Leitung 19 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt von
Diode D1 und Rückkopplungswicklung 28 und der Basis 22 des Transistors 23 liegt ein Widerstand RB.
Der Widerstand RB ist von einem Kondensator C überbrückt.
Wenn der Transistor 23 leitend wird, steigt der Kollektorstrom Ic an, bis der Basisstrom IB beginnt,
ίο den Transistor zu sperren. UCE steigt dann an, und
infolge der Mitkopplung nimmt lB ab. Der Transistor
wird dadurch völlig gesperrt. Es ist nun im Transformator 26 eine magnetische Energie gespeichert.
Diese Energie wird jetzt durch die Wicklung 28 und
t5 die Diode D1 als Strom I0 zur Betriebsspannungsquelle
zurückgeleitet. Wenn dieser Strom I0 auf Null abgefallen ist, steigt die Spannung U0 an der Diode D1
wieder an. Es beginnt dann ein Basisstrom IB zu fließen, und infolge der Mitkopplung wird der Transistor
23 wieder voll leitend. Der Kondensator C dient dazu, einen großen Stromstoß zu bewirken,
wenn Un anzusteigen beginnt, wodurch ein schnellerer
Wechsel und damit niedrigerer Wechselverlust erzielt wird. Wenn der Transistor gesperrt wird (in
seinen nichtleitenden Zustand zurückkehrt), entsteht an der Transformatorwic'dung 28 auf Grund des gewählten
Windungszahlenverhältnisses und Wickelsinns eine Spannung mit einer solchen Größe und
Polarität, daß die Diode D1 leitend wird und in die
3" Betriebsspannungsquelle ein Strom zurückfließt.
Ist der Transistor 23 leitend, so ist der Kondensator
C aufgeladen, und wenn der Transistor 23 gesperrt wird, fällt das Potential der linken Seite des
Kondensators C an der Kathode von D1 auf etwa —0,5 V ab. Das Potential der rechten Seite des Kondensators
wird ebenso weit negativ, wie die Aufladung des KondensatorsC dies bedingt. Bei UBF=-- —6
bis 7 V fließt ein Rückstrom über die Basis, und der Kondensator C entlädt sich dabei teilweise. Die weitere
Entladung des Kondensators C erfolgt über RB. Nicht dieser Entladungsverlauf bestimmt, wann der
Transistor 23 wieder leitend wird. Der Transistor 23 wird leitend, wenn die gespeicherte Energie in die
Betriebsspannungsquelle zurückgeleitet worden und der Strom I0 dabei auf Null abgefallen ist. Die Spannung
an der linken Seite des Kondensators C steigt danach an, und selbst wenn gegebenenfalls im Kondensator
C eine Restladung enthalten sein sollte, steigt auch UBt an, bis der Transistor 23 voll leitend ist.
F i g. 3 zeigt unter anderem die Kollektor-Emitter-Spannung UCE, die beginnt, wenn der Transistor gesperrt
wird, um danach auf das Sättigungsniveau, d. h. fast Null, abzufallen und darauf wieder anzusteigen
usw. Die Basis-Emitter-Spannung UBE ist in
dem anschließenden Zeitdiagramm dargestellt. Wenn der Transistor gesperrt ist, hat der Kondensator C,
da die Diode D1 leitend ist, eine negative Spannung, so daß die Basis 22 negativ vorgespannt ist. Diese
Ladung wird teils über den Widerstand RB und teils
über die Basis-Emitter-Strecke entladen, ehe der Transistor wieder leitend wird, wonach die Basis-Emitter-Spannung
steigt und konstant bleibt, bis der Transistor wieder gesperrt ist. Die Diodenspannung
U0 ist in dem nächsten Diagramm gezeigt. Der
6s erste Teil ist infolge des Stroms, der durch die Wicklung
28 und die Diode D1 fließt, im Verhältnis zum Bezugspotential der Leitung 19 etwas negativ. Dabei
bleibt sie konstant, bis der Transistor wieder leitend
wird. In diesem Augenblick steigt sie auf ihren vollen Wert an und bleibt konstant.
Die Ausgangsspannung UA ist mit einer der Kollektor-Emitter-Spannung
UCE entgegengesetzten Polarität dargestellt. Der Kollektorstrom /c hat den normalen,
typischen Verlauf. Nachdem er auf Null abgefallen ist, bleibt er bei Null, abgesehen von einem
Reststrom, steigt danach sprungartig auf einen bestimmten Wert und von dort infolge der Selbstindukation
linear weiter an, bis der Transistor wieder in den nichtleitenden Zustand übergeht. Dies wiederholt
sich.
Der Verlauf des Basisstroms IB weist zu Beginn
jeder Periode eine negative Stromspitze auf. Diese Stromspitze ist auf die Entladung des Kondensators C
über die Basis-Emitter-Strecke und über den Widerstand RB zurückzuführen. Wenn diese Entladung
ganz oder teilweise erfolgt ist und der Transistor infolge der positiven Spannung an der Diode D1 wieder
leitend zu werden beginnt, fließt ein großer Strom durch den Kondensator C, der seine Ladung über die
Rückkopplungswicklung 28· erhält, und dieser Strom nimmt dann bis auf den Basisstrom IB ab, der in dem
verbleibenden Zeitabschnitt, in dem der Transistor leitend ist, konstant bleibt. Dies wiederholt sich dann
wie dargestellt.
In dem vorletzten Bild ist der durch die Diode D1
fließende Strom ID dargestellt. In dem ersten Zeitabschnitt,
in dem der Transistor gesperrt ist, steigt er auf einen hohen Wert an, der infolge der Selbstinduktion
im Transformator 26 abnimmt, bis die gespeicherte magnetische Energie im Transformator
verbraucht ist. Danach, wenn der Transistor leitenc wird, ist der Strom durch die Diode D1 gleich Null
Im nächsten Zeitabschnitt, in dem der Transistor gesperrt ist, steigt er wieder sprungartig an und nimmi
infolge der Selbstinduktion im Transfoimator 26
wieder linear ab. Der Strom I0 wird in die Betriebsspannungsquelle
zuriickgeleitet, was an Hand des Verlaufs des von der Betriebsspannungsquelle abgegebenen
Stroms /cc zu erkennen ist. Wie man sieht,
ίο fließt während der Zeit, in der der Transistor gesperrt
ist, Energie in die Betriebsspannungsquelle zurück, und danach entspricht der Verlauf des Stroms
IqC dem Verlauf des Kollektorstroms /c.
Dieses Ausführungsbeispiel läßt sich auch mit einei zusätzlichen Wicklung ausführen. Dabei liegt dann
die Diode 29 in Reihe mit der zusätzlichen von dei Rückkopplungswicklung getrennten Wicklung bei
gleicher Polarität, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, damil die Energie zuriickgeleitet wird, jedoch ist die Zu-
ao sammenfassung von Rückleit- und Rückkopplungswicklung, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, vorteilhaft,
da man hierbei eine zusätzliche Wicklung am Transformator einspart. Es wird somit eine Begrenzung
der Kollektor-Emitter-Spannung, ein hoher Wir-
kungsgrad und fast Temperaturunabhängigkeit erreicht sowie daß der Wirkungsgrad von der Betriebsspannung
fast unabhängig und weniger abhängig ist, weil lediglich vorausgesetzt wird, daß die Sättigungsspannung an der Kollektor-Emitter-Strecke niedrig
und vorzugsweise geringer als 1 V ist, bis der Kollektorstrom gleich dem mit dem Stromverstärkungsfaktor multiplizierten Basisstrom ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Sperrschwinger mit einem über einen Rück- Zustand des Verstärkereleinents im Kondensator gekopplungstransformator
mit einer Haupt- und 5 speicherte elektrische Energie dazu verwendet wird, einer Rückkopplungswicklung zuriickgekoppelten eine Gegen-Magnetisierung zu erzeugen, die der im
Verstärkerelement, dadurchgekennzeich- Transformator gespeicherten magnetischen Energie
net, daß der Rückkopplungstransfonnator eine entgegengerichtet ist. Diese Anordnung ist unvorteil-Energierückleitungswicklung
(28) hat, die mit haft, da sie eine Verringerung des Wirkungsgrades
einer Diode (D1) in Reihe geschaltet ist, und daß io bewirkt.
diese Reihenschaltung von Diode (D1) und Rück- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
leitungswicklung (28) derart gepolt an der Be- Energierückgewinnung bei einem Sperrschwinger zu
triebsspannungsquelle liegt, daß die im Transfer- ermöglichen.
mator (26) gespeicherte magnetische Energie im Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch
nichtleitenden Zustand des Verstärkerelements 15 gelöst, daß der Rückkopplungstransformator eine
(23) in die Betriebsspannungsquelle zurückgeleitet Energierückleirungswicklung hat, die mit einer Diode
wird. in Reihe geschaltet ist, und daß diese Reihenschal-
2. Sperrschwinger nach Anspruch 1, dadurch rung von Diode und Rückleitungswicklung derart
gekennzeichnet, daß die Energierückleitungswick- gepolt an der Betriebsspannungsquelle liegt, daß die
lung die Rückkopplungswicklung (28) ist. »0 im Transformator gespeicherte magnetische Energie
3. Sperrschwinger nach Anspruch 1 und 2, bei im nichtleitenden Zustand des Verstärkerelements in
dem das Verstärkerelement ein Transistor ist, die Betriebsspannungsquelle zurückgeleitet wird,
dessen Kollektor über die Primärwicklung des Auf diese einfache Weise wird erreicht, daß die im Rückkopplungstransformators mit dem einen Pol Transformator gespeicherte Energie nun infolge des der Betriebsspannungsquelle, und dessen Emitter »5 Polaritätswechsels eine solche Polarität hat, daß die mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle Diode leitend wird und der Strom in die Betriebsverbunden ist, und das eine Ende der Rückkopp- Spannungsquelle zurückfließt. Dadurch wird eine Btlungswicklung mit demselben Pol wie der Kollek- grenzung der Spannung am Verstärkerelement ertor und das andere Ende mit der Basis des Tran- reicht, so daß man freier in der Wahl des Verstärkersistor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, 30 elements ist. Ferner lassen sich die Energieverluste daß zwischen dem anderen Ende der Rückkopp- niedriger halten.
dessen Kollektor über die Primärwicklung des Auf diese einfache Weise wird erreicht, daß die im Rückkopplungstransformators mit dem einen Pol Transformator gespeicherte Energie nun infolge des der Betriebsspannungsquelle, und dessen Emitter »5 Polaritätswechsels eine solche Polarität hat, daß die mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle Diode leitend wird und der Strom in die Betriebsverbunden ist, und das eine Ende der Rückkopp- Spannungsquelle zurückfließt. Dadurch wird eine Btlungswicklung mit demselben Pol wie der Kollek- grenzung der Spannung am Verstärkerelement ertor und das andere Ende mit der Basis des Tran- reicht, so daß man freier in der Wahl des Verstärkersistor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, 30 elements ist. Ferner lassen sich die Energieverluste daß zwischen dem anderen Ende der Rückkopp- niedriger halten.
hingswicklung (28) und der Basis (22) des Tran- Auch ist es vorteilhaft, wenn die Energierücksistors
(23) ein Widerstand (RB) eingeschaltet ist leitungswicklung die Rückkopplungswicklung ist.
und daß an diesem Verbindungspunkt von Rück- Dadurch kann man bei passendem Aufbau der Schalkopplungswicklung
(28) und Widerstand (RB) das 35 tungsanordnung eine zusätzliche Wicklung am Transeine
Ende der Diode (D1) angeschlossen ist, deren formator einsparen.
anderes Ende mit dem anderen Pol der Betriebs- Dies läßt sich z. B. dadurch erreichen, daß das
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JPS5547490B2 (de) | 1980-12-01 |
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