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Drossel als nichtlineare Speicherdrossel Die vorliegende Erfindung
befaßt sich mit einer -Drossel als nichtlineare Speicherdrossel in schaltenden Spannungsreglern,
wobei der Kern der Drossel einen Luft spalt hat.
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Von Stromversorgungen für kommerzielle Geräte wird meist ge--fordert,
daß sie sowohl vom Netz als auch von einer Reservebatterie bzw. einem Notstromaggregat
einspeisbar sind. Diese Vielzahl verschiedener Eingangsspannungen macht die Verwendung
von Umformern, meist als Gleichspannungswandler ausgebildet, erforderlich.
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In der Fig. 1 der Zeichnung ist das Prinzipschaltbild eines solchen
Spannungswandlers dargestellt. Eine ankommende Gleichspannung U1 wird einem Transistor
Ts zugeführt, dessen Basis mit einem Impulsgenerator G in Verbindung steht. Dieser
steuert
den Transistor Ts durch Veränderung der Impulsbreite iB.
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Der Kollektorstrom dieses Transistors gibt dann an das folgende Netzwerk
eine getastete Gleichspannung ab mit unterschiedlicher Impulsbreite t in und taus
(Fig. 2).
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ein aus Diese pulsierende Spannung wird über eine Drossel L dem Verbraucher
R zugeführt, dem ein Kondensator C parallelgeschaltet ist. Im Betriebszustand t
in fließt ein Strom über den ein Transistor Ts, die Drossel L und den Verbraucher
R zurück zu der Quelle Ul (vgl. Fig. 3 ein ). Im gesperrten Zustand des Transistors
Ts wird durch die Drossel L ein Stromfluß aufrechterhalten, der jetzt aber über
eine Querverbindung, dargestellt durch die Diode D, fließt. In diesem Fall wird
der Strom kleiner und ist durch den abfallenden Ast t der Fig.
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aus 3 dargestellt.
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Das L-C-Glied, bestehend aus der Drossel L und dem Kondensator C,
bildet einen arithmetischen Mittelwert aus der getasteten Spannung (Fig. 2) entsprechend
dem Diagramm der Fig.
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3. Unter Vernachlässigung der Verluste ergibt sich für die an dem
Verbraucherwiderstand R abfallende Spannung U2 tein U2 = U1 . tein + taus Diese
Bedingung gilt aber nur, wenn der Strom iL, der durch die Drossel L fließt, auch
während der Zeit t Il größer als aus 0 bleibt. Die Drossel L muß also so bemessen
sein, daß diese
Bedingung erfüllt wird. Diese Bemessung der Drossel
L ist so lange einfach, solange der Verbraucherwiderstand R konstant bleibt.
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>uß aber mit schwankender Last des Verbrauchers R gerechnet werden,
so ergeben sich für die Dimensionierung der Drossel L zwei einander widersprechende
Forderungen: 1. Wicklungsquerschnitt und magnetische Scherung des Kernes müssen
für die größte Belastung ausgelegt sein, 2. die Induktivität soll so groß sein,
daß auch bei kleinster Last stets iL > 0 bleibt.
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Diese Forderungen sind mit normalen Kernen schwer realisierbar. Aus
dieser Forderung ergibt sich die Aufgabenstellung, einen Kern zu schaffen, der diese
beiden Forderungen gleichzeitig erfüllt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Luft spalt
verschieden grß ausgebildet ist. Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens
besteht darin, die Größe des Luftspalts stufenförmig oder im Querschnitt stetig
verschieden auszubilden, wobei auch ein Teilquerschnitt des den Luft spalt bildenden
Kernteiles keinen Luft spalt haben kann.
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Auf diese Weise ist es möglich, die Bedingung der gestellten Aufgabe
zu erfüllen.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher beschrieben. Im einzelnen sind in der Zeichnung dargestellt: Fig. 1 das Prinzipschaltbild
eines schaltenden Spannungsreglers, Fig. 2 das Impulsdiagramm, das zur Steuerung
des Schalttransistors dient, Fig. 3 das Diagramm des durch die Drossel fließenden
Stromes, Fig. 4 der Kern einer Speicherdrossel gemäß der Erfindung, Fig. 5 der Verlauf
der Induktivität in Abhängigkeit von der Gleichstromdurchflutung, Fig. 6 der unterschiedliche
Verlauf der Spannung U2 mit normal geschertem und nach der Erfindung geschertem
Drosselkern.
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Die Figuren 1 bis 3 wurden bereits zum Stand der Technik erläutert.
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Die Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Kernes, der hier als
Ferritkern in Mantelform dargestellt ist. An dem in der Mitte befindlichen Kernteil
ist die erfindungsgemäße Ausbildung des Querschnitts wiedergegeben. Der mit b bezeichnete
Teil des Querschnitts weist einen Spalt wählbarer Größe auf, während bei dem mit
a bezeichneten Teil des Querschnitts der Spalt gleich 0 ist. Es ist durchaus möglich,
die Größe-der Spalte stufenweise auszubilden, um damit eine noch feinere und gezieltere
Wirkung zu erreichen. Eine so ausgebildete
Drossel L hat bei kleinem
Strom eine genügend große Induktivität. Mit zunehmendem Strom nimmt die Wirkung
der Scherung zu. Bei einem großen Strom ist also die Induktivität noch in der Lage,
den Strom iL ausreichend zu glätten. Bei kleinem Strom hat der Kern durch den luftspaltlosen
Abschnitt a eine große wirksame Permeabilität. Bei großem Strom wird der Abschnitt
a magnetisch gesättigt und der Luftspalt von Abschnitt b wirksam.
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In der Fig. 5 ist der Verlauf der Induktivität in Abhängigkeit von
der Gleichstromdurchflutung bei einem ungescherten Kern, Kurve a, bei einem Kern
mit homogenem Luftspalt, Kurve b, und bei einem Kern mit einem Luftspalt nach der
erfindungsgemäßen Ausbildung der Fig. 4 in der Kurve c dargestellt Diese Kurve c
läßt sich durch weitere Variationen des Luftspaltes, entweder durch Verbreiterung
oder Verengung, weitgehend verändern. Auch durch eine Abstufung des Luftspaltes,
indem man den Luft spalt kontinuierlich oder auch gestuft ver ändert, kann man weitgehend
den Verlauf der Kurve c beeinflussen.
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Die Fig. 6 zeigt schließlich den Verlauf der Spannung U2 in Abhängigkeit
vom Strom bei konstanten Zeiten t in und t ein aus und konstanter Spannung U1 mit
einer normal homogen gescher.
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ten Drossel L, Kurve a, und der Drossel L nach der erfindungsgemäßen
Ausbildung in der Kurve b.