DE2348622C3 - Eintaktgleichspannungswandler - Google Patents

Description

märwicklung, die über einen periodisch arbeitenden Schalter an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, mit einer Sekundärwicklung, die über eine Diode mit einer Last verbunden ist, der ein Freilauf-

flußprinzip mit einem Transformator mit einer Pri- 5 Einsparungen am Transformator ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Eintaki_öleichspannungswandler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit der Rückmagnetisie-

rungswicklung und dem Begrenzungswiderstand eine

ventil zugeordnet ist, und mit einer Rückmagnetisie- "> Glättungsdrossel in Reihe geschaltet ist, die so bemesrungswickiung, die über einen Begrenzungswider- sen ist, daß im Taktbetrieb der Rückmagnetisierungsstand so an die Gleichspannungsquelle angeschlos- strom zu jedem Zeitpunkt oberhalb des Werts UIR sen ist. daß der über die Rückmagnetisierungswick- liegt, wobei U die Versorgungsgleichspannung der King fließende Rückmagnetisierungsstrom den Ma- Gleichspannungsquelle und R den ohmschen Widergnetkern des Transformators in umgekehrter Rieh- 15 standswert des Begrenzungswiderstands bedeutet. tung magnetisiert wie der Primärstrom in der Pri- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol-

märwicklung, dadurch gekennzeichnet, genden an Hand von drei Figuren näher erläutert. Es daß mit der Rückmagnetisierungswicklung (19) und zeigt

dem Begrenzungswiderstand (21) eine Glättungs- F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Eintaktgleichspan-

drossel (20) in Reihe geschaltet ist, die so bemessen 20 nungswandler, ist, daß im Taktbetrieb der Rückmagnetisierungs- ^p i g. 2 ein Strom-Zeit-Diagramm.

Fig.3 die Hysterese eines Transformators in sche-

strom (Ir) zu jedem Zeitpunkt (f) oberhalb des Wertes (U/R)\\egt, wobei U die Versorgungsgleichspannung der Gleichspannungsquelle (2) und R den

matischer Darstellung.

Der in F i g. 1 dargestellte Eintakigleichspannungs-

ohmschen Widerstandswert des Begrenzungswider- 25 wandler nach dem Durchflußprinzip kann beispielsweistands (21) bedeutet. se für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung ein

gesetzt werden. Er enthält einen Transformator 7 mit

einer Primärwicklung 6, einer Sekundärwicklung 8 und

einer Rückmagnetisierungswicklung 19. Der Wicklungssinn ist jeweils durch einen schwarzen Punkt gekennzeichnet. Eine Gleichspannungsquelle 2 mit einer Versorgungsgleichspannung Uist mit ihren Klemmen 3 und 4 an eine Reihenschaltung angeschlossen, die aus einem eine Zündelektrode aufweisenden Hauptventil 5

Die Erfindung bezieht sich auf einen Eintaktgleichspannungswandler nach dem Durchflußprinzip mit einem Transformator und einer Primärwicklung, die über einen periodisch arbeitenden Schalter an eine

Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, mit einer Se· 35 mit paralleler Löscheinrichtung und der Pnmärwickkundärwicklung, die über eine Diode mit einer Last lung 6 des Transformators besteht. Das Hauptventil 5, verbunden ist, der ein Freilaufventil zugeordnet ist, und
mit einer Rückmagnetisierungswicklung, die über einen
Begrenzungswiderstand so an die 'ileichspannungsqueile angeschlossen ist, daß der über die Rückmagne- 40 5 nach dem Zünden wieder gelöscht werden. Die tisierungswicklung fließende Rückmagnetisierungs- Löscheinrichtung besteht aus der Reihenschaltung strom den Magnetkern des Transformators in umgekehrter Richtung magnetisiert wie der Primärstrom in
der Primärwicklung.

Ein solcher Gleichspannungswandler ist bekannt 45 thode des Hauptventils 5 geschaltet sind, und aus einer (DT-AS 12 67 322). Er dient zur Umformung einer fe- dem Löschventil 10 gegenparallel geschalteten Reihensten Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleich- schaltung aus einem ungesteuerten Umschwingventil spannung von veränderbarer Höhe. Als Schalter wird 11 und eine Umschwingdrossel 12. Das Hauptventil 5 ein Thyristor als steuerbares Ventil mit einem Lösch- wird während veränderbarer Zeitintervalle periodisch kreis verwendet. Zur Begrenzung von Spannungsspit- 5° gezündet und gesperrt, zen am Thyristor, die zu Beginn seines Stromsperren- An das eine Ende der Sekundärwicklung 8 des Trans

insbesondere ein Thyristor, wirkt als Schalter für den über die Primärwicklung fließenden Primärstrom. Mit Hilfe der Löscheinrichtung kann das Hauptventil

eines Löschkondensators 9 mit einem steuerbaren Löschventil 10, insbesondere einem Thyristor, die in der angegebenen Reihenfolge zwischen Anode und Ka-

den Zustandes auftreten können, ist dem Begrenzungswiderstand eine Diode parallel geschaltet, die so gepolt ist, daß sie für den von der Gleichspannungsquelle getriebenen Strom undurchlässig ist.

Der mit der Rückmagnetisierungswicklung in Reihe geschaltete Begrenzungswiderstand ist verhältnismäßig hochohmig bemessen, um den Rückmagnetisierungsstrom während der Einschaltdauer des Schalters auf zu-

formators 7 ist über eine Diode 13 und eine Drosselspule 14 eine Anschlußklemme 15 einer Last 16 mit einem ohmschen und einem induktiven Anteil angeschlossen. Die andere Anschlußklemme 17 der Last 16 ist mit der negativen Klemme 4 der Gleichspannungsquelle 2 verbunden. Das entgegengesetzte Ende der Sekundärwicklung 8 ist an die positive Klemme 3 der Gleichspannungsquelle 2 angeschlossen. Ein unge-

lässige Werte zu begrenzen. Während der Abschalt- ^(l° steuertes Fieilaufventil 18 ist mit seiner Kathode im dauer des Schalters fällt der Rückmagnetisierungs- Verbindungspunkt von Diode 13 und Drosselspule 14 strom unter dem Einfluß des auf die Rückmagnetisierungswicklung übergegangenen Stromes dann auf nied

rige Werte. Dies ist im Hinblick auf die Dimensionie-

und mit seiner Anode an der positiven Klemme 3 der Gleichspannungsquelle 2 angeschlossen.

Die Rückmagnetisierungswicklung 19 des Transforrung des Transformators nachteilig. ⁶5 mators 7 ist mit einer Glättungsdrossel 20 und einem

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Bei- Begrenzungswiderstand 21 in Reihe geschaltet und derbehaltung eines Begren/.ungswiderstands den Wert des art an die beiden Klemmen 3 und 4 der Gleichspan-Rückmagnetisierungsstroms während der Abschaltdau- nungsquelle 2 angeschlossen, daß der von der Gleich-

Spannungsquelle 2 über die Riickmagnetisierungswicklung 19, die Glättungsdrossel 20 und den Begrenzungswiderstand 21 getriebene Rückmagnetisierungsstrom Ir den Magnetkern des Transformators in entgegengesetzter Richtung magnetisiert wie der Primärstrom in der Primärwicklung 6.

In Fig.2 ist der Verlauf des Rückmagne'isierungsstroms IR über der Zeit t dargestellt. Im Zeitintervall a ist das Hauptventil 5 durchlässig und im Zeitintervall b gesperrt gesteuert. Die Periodendauer Γ und damit die Taktfrequenz /wird konstant gehalten. Durch Veränderung des Einschaltverhältnisses a/(a + b) kann das Verhältnis der Ausgangsgleichspannung zur Versorgungsgleichspannung geändert werden.

Unter der Annahme eines ständig gesperrt gesteuerten Hauptventils 5 würde im eingeschwungenen Zustand der Rückmagnetisierungsstrom den Quotienten UIR aus der Versorgungsgleichspannung LJ und dem ohmschen Wert R des Begrenzungswiderstands 21 annehmen. Bei gleichen Windungszahlen der Primärwicklung 6 und der Rückmagnetisierungswicklung 19 würde bei einem ständig durchlässig gesteuerten Hauptventil 5 der Rückmagnetisierungsstrom im eingeschwungenen Zustand den Wert 2 UIR annehmen, da die Rückmagnetisierungswicklung jetzt wie eine zweite Spannungsquelle wirkt, die der Gleichspannungsquelle 2 in Reihe geschaltet ist. Ohne die Glättungsdrossel 20 würde im Taktbetrieb der untere Grenzwert UlP zeitweise unterschritten. Mit der erfindungsgemäß bemessenen Glättungsdrossel wird im Taktbetrieb der Rückmagnetisierungsstrom jedoch innerhalb der beiden vorgenannten Grenzwerte bleiben und diese beiden Grenzwerte nicht erreichen, da die Induktivität der zusätzlichen Glättungsdrossel 20 den Stromanstieg ebenso wie den Stron.abfall verzögert. Der Rückmagnetisierungsstrom Ir wird geglättet. Von besonderer Bedeutung ist, daß durch eine geeignete Bemessung der Induktivität der Glättungsdrossel 20 die Anstiegs- und Abfallzeitkonstante im Rückmagnetisierungskreis so gewählt werden kann, daß im Taktbetrieb der Rückmagnetisierungsstrom Ir zu jedem Zeitpunkt oberhalb des Wertes UIR liegt, insbesondere auch beim Übergang vom Zeitintervall b zum Zeitintervall a. Der Rückmagnetisierungsstrom Ir liegt somit im Augenblick der Zündung des Hauptventils über dem Wert UIR. Da für die Bemessung des Transformators 7 die Größe des Rückmagnetisierungssiroms Ih beim Übergang vom Zeitintervall b zum Zeitintervall a maßgebend ist, ermöglicht dieser Effekt eine Reduzierung der Baugröße des Transformators 7. Die hierdurch erzielte Einsparung überwiegt den zusätzlichen Aufwand für die Glättungsdrossel 20.

Zur Erläuterung werde F i g. 3 betrachtet, die in einem schematischen Diagramm die Hystereseschleife des Transformators 7 zeigt. Aufgetragen ist die magnetische Induktion B über der Feldstärke H, die im linken Teil des Diagramms dem Rückmagnetisierungsstrom Ir proportional ist. Der F i g. 3 ist zu entnehmen, daß mit zunehmendem Rückmagnetisierungsstrom Ir der Magnetisierungshub des Transformators größer wird. Der Punkt PX kennzeichnet den Zeitpunkt beim Übergang vom Intervall b zum Intervall a, also die Zündung des Hauptventils, bei einem Eintaktgleichspannungswandler ohne zusätzliche Glättungsdrossel im Rückmagnetisierungskreis. Der Punkt P2 kennzeichnet den gleichen Zeitpunkt, wenn die erfindungsgemäße Glättungsdrossel vorgesehen ist. Im Punkt PZ erfolgt in beiden Fällen der Übergang vom Intervall a zum Intervall b, also die Löschung des Hauptventils. Der Magnetisierungshub 'ABl zwischen den Punkten PX und Pi ist ersichtlich kleiner als der Magnetisierungshub ABl zwischen den Punkten P2 und P3. Die Einführung der Glättungsdrossei 20 bewirkt also eine Verschiebung des negativen Arbeitspunktes des Transformators 7 vom Punkt Pt zum Punkt Pl und damit eine Vergrößerung des Magnetisierungshubs. Die Vergrößerung des Magnetisierungshubs ermöglicht es, die Windungszahl und insbesondere die Größe des Magnetkerns des Transformators 7 bei gleicher übertragener Leistung zu verringern. Auf Grund der größeren Spannungszeitfläche kann die Einschaltdauer des Schalters innerhalb einer Periode vergrößert werden. Bei einem gleichgroßen Magnetkern wie bei einem bekannten Eintaktgleichspannungswandler kann die Einschaltdauer und damit auch die übertragene Leistung entsprechend gesteigert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch: Eintaktgleichspannungswandler nach dem Durch-

   er des Schalters so zu erhöhen, daß er im Augenblick des nächsten Einschaltvorgangs einen höheren Stromwert aufweist als bei dem eingangs erwähnten bekannten Eintaktgleichspannungswandler. Hierdurch sollen