DE2426965C3 - Gleichspannungswandler - Google Patents
GleichspannungswandlerInfo
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Description
Schaltelement in den zweiten Schaltzustand steuert,
wenn die vorgenannte Summenspannung größer als die Normalspannung ist
Zeckniäßigerweise ist die Ausgangsspannung der
Normalspannungsquelle einstellbar.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Wechselrichterglieder mit Ausnahme des letzten Hilfswechselrichterglieds Meßwicklungen zur Erzeugung der Meßspannungen aufweisen und die VergleichEsinrichtung
jedes Hilfswechselrichterglieds besteht aus der Reihen- ι ο schaltung der Normalspannungsquelle und der Meßwicklungen aller Ausgangstransformatoren übergeordneter Wechselrichterglieder und einer Diode.
Eine bereits sehr gute Konstantregelung der Ausgangsspannung kann mit drei Hilfswechselrichterglie-
dem erzielt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben, in der das Prinzipschaltbild des Ausführungsbeispiels der Anordnung zur Regelung der Gleichspan-
nung an der Belastung dargestellt ist
Die Anordnung zur Regelung der Gleichspannung an der Belastung wird aus der Speisequelle 1 gespeist und
enthält einen Steuergenerator 2 mit einem Transformator 3, ein transistorbestücktes Haupt-Wechselrichter-
glied 4 und transistorbestückte Hilfs-Wechselrichterglieder 5,6,7. Alle transistorbestückten Wechselrichterglieder sind mit Transformatoren ausgestattet.
Der Transformator des transistorbestückten Haupt-Wechselrichtergliedes 4 besitzt Primärwicklungen 4| jo
und 42, eine Ausgangswicklung 43 und Meßwicklun^en
44 und 45.
Der Transformator des ersten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 5 enthält Primärwicklungen 5| und 52, eine Ausgangswicklung 53 und Meßwick- j>
lungen 54 und 5s.
Der Transformator des zweiten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 6 enthält Primärwicklungen 61, 62, eine Ausgangswicklung 63 und Meßwicklungen 64 und 65. Der Transformator des dritten
transistorbestückter« Hilfs-Wechselrichtergliedes 7 hat drei Wicklungen, und zwar die Primärwicklungen 7| und
72 und die Ausgangswicklung 73. Der Steuergenerator 2
liefert eine Rechteckspannung (als vorzeichenveränderliche Rechteckimpulse) zur Steuerung der transistorbe- 4'>
stückten Wechselrichterglieder 4, 5, 6 und 7. Sein Transformator 3 hat neun Wicklungen, und zwar eine
Primärwicklung 3i und acht Sekundärwicklungen 32 bis
3,.
Außerdem sind in der beschriebenen Anordnung eine ~>o
Normalgleichspannungsquelle 8, Dioden 9, 9', 10, 10' und 11, It', sowie steuerbare Schaltelemente 12,13 und
14 im Steuerkreis der transistorbestückten Hilfs-Wechselrichterglieder vorgesehen. In dieser Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Anordnung stellen die «
Schaltelemente Transistoren dar, die im folgenden als Steuertransistoren 12,13 und 14 bezeichnet werden.
Ferner sind in der Zeichnung Dioden 15 bis 20, ein Gleichrichter 21, eine Belastung 22, ein Kondensator 23,
Transistoren 24 bis 31 und schließlich Widerstände 32 wi
bis 45 sowie Dioden 46 und 4? d > .-gestellt
Die Normalspannungsquelle 8, die Meßwicklungen 44
und 45 des transistorbestückten Haupt-Wechselrichtergliedes 4, die Meßwicklungen S4 und 55 des ersten
transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 5, die h">
Meßwicklungen 64 und 65 des zweiten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichterglifdes 6 sowie die Dioden 9
und 9', 10 und 10', 11 und 1Γ bilden eine logische Einheit.
In der logischen Einheit ist an die Normalspannungsquelle 8 eine erste Reihenschaltung aus der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 12 des ersten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 5, und aus
der Diode 9 und der Meßwickluiig 44 des Transformators des transistorbestückten Haupt-Wechselrichtergliedes 4 angeschlossen, wobei zur Gewährleistung der
Zweiweggleichrichtung parallel zu den beiden zuletzt genannten Teilen die Diode 9' in. Reihe mit der
Meßwicklung 4s des transistorbestückten Haupt-Wechselrichtergliedes 4 liegt An der Normalspannungsquelle
8 liegt ferner eine zweite Reihenschaltung aus der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 13 des
zweiten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 6 aus der Diode 10 und der Meßwicklung 54 des
Transformators des ersten transistorbestückten Wechselrichtergliedes 5 und aus der Meßwicklung 44 des
Transformators des transistorbestückten Haupt-Wechselrichtergliedes 4, wobei zur Gewährleistung der
Zweiweggleichrichtung parallel zu den drei zuletzt genannten Teilen eine Reihenschaltung aus der Diode
10', aus der Meßwicklung 5S des Transformators des ersten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes
5 und aus der Meßwicklung 4s des Transformators des transistorbestückten Haupt-Wechselrichtcrgliedes 4 geschaltet ist Schließlich liegt an der Normalspannungsquelle 8 eine dritte Reihenschaltung aus der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 14 des dritten
Iransistorbestürkten Wechselrichtergliedes 7, der Diode
11, Meßwicklung 64 d";s Transformators des zweiten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 6, der
Meßwicklung 54 des Transformators des ersten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 5 und der
Meßwicklung 44 des Transformators des transistorbestückten Haupt-Wechselrichtergliedes 4, wobei zur
Gewährleistung der Zweiweggleichrichtung parallel zu den zuletztgenannten vier Teilen eine Reihenschaltung
aus der Diode 11', der Meßwicklung 65 des Transformators des zweiten transistorbestückten Wechselrichtergliedes 6, der Meßwicklung 5s des Transformators des
ersten transistorbestückten Hilfs-Wechselrichtergliedes 5 und der Meßwicklung 45 des Transformators des
transistorbestückten Haupt-Wechselrichtergliedes 4 geschaltet ist Die Dioden 46 und 47 dienen zur
Gewährleistung der sicheren Sperrung der Transistoren
26 bis 31 der Hilfs-Wechselrichterglieder 5,6 und 77 bei
geöffneten Steuertransistoren 12,13, und 14.
Zum normalen Funktionieren der Anordnung ist es erforderlich, daß die Ausgangsspannung des Haupt-Wechselrichtergliedes nach ihrem absoluten Betrag die
Ausgangsspannung jedes Hilfs-Wechselrichtergliedes übersteigt.
Nachfolgend wird die Arbeit der Schaltung unter der vereinfachenden Annahme, daß alle Schaltungselemente ideal sind, bei einer Stabilisierung der Ausgangsspannung auf einen relativen Pegel von 1,00 und bei einer
Änderung der Speisespannung von 0,80 bis 1,20 betrachtet, z. B. bei folgendem Übersetzungsverhältnis
für die Haupt- und Hilfs-Wechselrichterglieder
K0 : K\ : K2 : K3 = 1 :0,143 :0,071 :0,036
(K — Verhältnis der Windungszahl der Ausgangswicklung des Transformators des entsprechenden Gliedes
zur Windungszahl seiner Primärwicklung).
Der Stabilisierungsvorgang ist für die genannten Annahmen aus der folgenden Tabelle ersichtlich:
i,2Ö0 | 5 | Ausgangs | 24 26 | 965 | zweites | drittes | 6 | Relativer Fehler | |
spannung | Ausgangs | der Ausgangs | |||||||
des Haupt- | Ausgangsspannung der Hilfs-Wechselrichterglieder | spannung | spannung des | ||||||
Wechselrichter | + 0,057 | + 0,029 | des Wechsel | Wechselrichters, | |||||
eliedes | erstes | + 0,060 | -0,031 | richters | in % | ||||
+ 0,800 | - 0,064 | + 0,032 | + 0,2 | ||||||
+ 0,850 | -0,068 | -0,034 | 1,002 | + 0,1 | |||||
+ 0,900 | + 0,115 | -0,071 | -0,036 | 1,001 | -0,3 | ||||
+ 0,950 | + 0,122 | + 0,075 | + 0,038 | 0,997 | -1,6 | ||||
+ 1,000 | + 0,129 | + 0,078 | -0,040 | 0,984 | + 3,6 | ||||
Speisespannung | + 1,050 | + 0,136 | -0,082 | -0,042 | 1,036 | + 1,3 | |||
+ 1,100 | + 0,143 | -0,085 | + 0,043 | 1,013 | -2,0 | ||||
+ 1,150 | -0,150 | 0,980 | + 2,5 | ||||||
+1,200 | -0,158 | 1,025 | -1,4 | ||||||
-0,165 | 0,986 | ||||||||
0,800 | -0,172 | ||||||||
0,850 | |||||||||
0,900 | |||||||||
I 0,950 | |||||||||
I 1,000 | |||||||||
I 1,050 | |||||||||
I l.ioo | |||||||||
1 1,150 | |||||||||
I |
Unabhängig von der Spannung der Speisequelle 1 bildet der an diese angeschlossene Steuergenerator 2
mit dem Transformator 3 (Primärwicklung 3i, Sekundarwicklungen
32 bis 3g) symmetrische vorzeichenveränderliche
Rechteckimpulse, die zur Steuerung sowohl des Hauptwechselrichtergliedes 4 als auch der Hilfs-Wechselrichterglieder
5—7 verwendet werden.
Bei minimaler Speisespannung, die in der normierten Schreibweise 0,80 beträgt, haben die summarischen
Spannungen der Normalspannungsquelle 8 und der entsprechenden Meßspannungen 4«, 4s, 54, 5s und 64, 65
solche Werte, daß an die Dioden 9,9', 10,10' und 11,11'
Sperrspannungen anliegen, diese Dioden gesperrt sind jo und folglich in die Basen der Steuertransistoren 12 bis 14
von den Wicklungen 3i und 33 des Steuergenerators und
in die Basen der Schalttransistoren sämtlicher Hilfs-Wechselrichterglieder von den Wicklungen 34 bis 39 des
Steuergenerators Ströme eingespeist werden und die a Ausgangsspannungen dieser Glieder sich in Phase mit
der Ausgangsspannung des Hauptgliedes ändern. Dabei ist keine der Dioden 15 bis 20 stromführend, und die
Ausgangsspannung des Wechselrichters ist gleich der arithmetischen Summe der Ausgangsspannungen samt- w
licher Glieder.
Bei einer Speisespannung von 0,85 ändern sich die Zustände der Dioden 9,9', 10,10' und dementsprechend
die Zustände der Hilfs-Wechselrichterglieder 5,6 nicht,
während die Dioden 11,11' abwechselnd stromführend ti
sind, was die Sperrung des Steuertransistors 14 und der Schalttransistoren des Hilfsgliedes 7 bedingt, das aus
dem Wechsel- in den Gleichrichterbetrieb übergeht, in dem durch die Dioden 19, 20 eine Energierückgewinnung
aus dem äußeren Stromkreis in die Speisequelle erfolgt
In diesem Fall ändert sich die Ausgangsspannung des gegebenen Gliedes in Gegenphase gegenüber den
Ausgangsspannungen sämtlicher anderen Glieder und wird folglich von ihrer Summe (siehe Tabelle)
abgezogen.
Bei einer weiteren Erhöhung der Speisespannung bildet jedes der Hilfsglieder je nach dem Zustand der
Dioden 9, 9', 10, 10', 11, 11' eine positive oder eine negative Komponente der Ausgangsspannung der
vorliegenden Anordnung, wobei das Vorzeichen dieser Komponente durch das Verhältnis zwischen der
Spannung der Normalspannungsquelle und der Spannungssumme der entsprechenden Meßwicklungen
selbsttätig so bestimmt wird, daß die Ausgangsspannung
der vorliegenden Anordnung auf dem vorgegebenen Pegel stabilisiert wird.
Aus der aufgeführten Tabelle folgt, daß der relative
Fehler der Ausgangsspannung des Wechselrichters bei den gewählten Übersetzungsverhältnissen für den
vorgegebenen Änderungsbereich der Speisespannung nicht über ±3,6% liegt.
Da die Flankenanstiegszeiten der Rechteckspannungen an den Wicklungen der Transformatoren der
Glieder sich von Null unterscheiden, so ist zur Beseitigung des Schaltüberschwingens ein Schaltkondensator
23 mit relativ geringer Kapazität über den Gleichrichter 21 an die Belastung 22 angeschlossen.
Es sind auch andere Ausführungen der Anordnung möglich. So kann man beispielsweise als Normalspannungsquelle
8 eine Zener-Diode mit ihrer Speisung über einen Hilfswiderstand und einen Zweiweg-Gleichrichter
aus zusätzlichen Wicklungen des Transformators des Steuergenerators oder des Transformators des Haupt-Wechselrichtergliedes
anwenden.
Der eigentliche Steuergenerator kann mit seinem Speisestromkreis an die Wicklungen des Transformators
des Haupt-Wechselrichtergliedes oder an den Ausgang der Anordnung zur Regelung der Gleichspannung
angeschlossen werden. Bei der Ausnutzung des im Zustand der Eigenschwingungen arbeitenden Haupt-Wechselrichtergliedes
wird der Steuergenerator überflüssig, und die Transistoren der Hilfs-Wechselrichterglieder
können unmittelbar von der Wicklung des Transformators des Hauptgliedes gesteuert werden.
Zur Sicherstellung des Schalterbetriebes der Schalttransistoren werden zweckmäßig in den Eingangskreisen
der Hilfsglieder Transistorkombinationen, Relaiselemente vom Typ Schmitt-Trigger u. ä. als Schaltelement
angewandt
Bei der Notwendigkeit der Erhöhung der Stabilität der Ausgangsspar.niir.g kann der Belastung ein zusätzliches
leistungsarmes Hilfs-Wechselrichterglied mit Einschaltung
der Ausgangswicklung seines Transformators in Reihe mit den Ausgangswicklungen der Transformatoren
sämtlicher anderen Glieder und mit der unmittelbaren Einwirkung auf seine Arbeit durch die
Differenz der Spannung an der Belastung und der einer zusätzlichen Normalspannungsquelle vorgeschaltet
werden. Die Anwendung eines solchen Gliedes, wenn seine Speisespannung bei einer Änderung der angegebenen
Differenz stetig geregelt wird, gewährleistet die automatische stetige Nachregulierung der Ausgangsspannung
auf dem vorgegebenen Stabilisierungspegel.
Eine der wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten der vorgeschlagenen Anordnung besteht in der Erhaltung
einer stabilisierten Gleichspannung bei der Anwendung des industriefrequenten Drehstromnetzes als Energiequelle.
In diesem Fall kann man, wie es aus der oben beschriebenen Arbeitsweise folgt, das Drehstromnetz
mit an seinem Ausgang liegenden Brückengleichrichter ohne zusätzliche Filter als Quelle 1 ausnutzen.
Zur Änderung der Ausgangsspannung der Anordnung muß die Spannung der Normalspannungsquelle 8
geändert werden.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Gleichspannungswandler zur Speisung einer Belastung mit einer auf die Spannung einer
Normalspannungsquelle geregelten Gleichspannung mit mehreren eingangsseitig an eine gemeinsame
Speisequelle angeschlossenen, je eine Rechteckwechselspannung gleicher Frequenz erzeugenden
und je einen Ausgangstransformator enthaltenden Wechselrichtergliedern, deren Ausgänge in Reihe
geschaltet sind und eine Summenspannung liefern, die über eine Gleichrichteranordnung an die
Belastung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptwechselrichterglied (4)
und mehrere mit Rückspeisedioden (15 bis 20) versehene Hilfswechselrichterglieder (5 bis 7)
vorgesehen sind, wobei die Hilfswechselrichterglieder (5 bis 7) über je ein steuerbares Schaltelement
(12 bis 14) phasensynchron mit dem Hauptwechselrichter (4) ansteuerbar sind, derart, daß jedes
Hilfswechselrichtergüed (5 bis 7) beim ersten Schaltzustand des zugehörigen steuerbaren Schaltelementes (12 bis 14) zusammen mit dem Hauptwechselrichterglied (4) angesteuert wird und im
Wechselrichterbetrieb arbeitet und beim zweiten Schaltzustand des steuerbaren Schaltelementes (12
bis 14) die Ansteuerung des Hilfswechselrichtergliedes (5 bis 7) unterbunden ist und es im Rückspeisebetrieb mit vorzeichenumgekehrter Ausgangswechsel- so
spannung arbeitet, daß ferner die Übersetzungsverhältnisse der Ausgangstransformatoren der Wechselrichterglieder (4 bis 7) so bemessen sind, daß das
Hauptwechselrichterglied (4) die größte Ausgangsspannung und die Hilfswechselrichterglieder (5 bis 7)
gestaffelt kleinere Ausgangsspannungen liefern, und daß jedem Hilfswechselrichtergüed (5 bis 7) je eine
Vergleichseinrichtung zugeordnet ist, die die Spannung der Normalspannungsquelle (8) mit einer
Meßspannung vergleicht, die gleich der mit einem 4» einheitlichen Proportionalitätsfaktor multiplizierten
Summe der Ausgangsspannungen aller derjenigen Wechselrichterglieder mit einer betragsmäßig höheren Ausgangsspannung als die Ausgangsspannung
des betreffenden Hilfswechselrichtergl'edes ist, und
welche Vergleichseinrichtung das zugehörige steuerbare Schaltelement (12 bis 14) in den ersten
Schaltzustand steuert wenn die vorgenannte Summenspannung kleiner als die Normalspannung ist,
und das steuerbare Schaltelement (12 bis 14) in den w zweiten Schaltzustand steuert, wenn die vorgenannte Summenspannung größer als die Normalspannung ist.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung v,
der Normalspannungsquelle (8) einstellbar ist
3. Gleichspannungswandler nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichterglieder mit Ausnahme des letzten Hilfswechselrichterglieds (7) Meßwicklungen (44, 4j; S4, 55; 64 wi
und 6s) zur Erzeugung der Meßspannungen aufweisen und die Vergleichseinrichtung jedes Hilfswechselrichterglieds (5,6, 7) aus der Reihenschaltung der
Normalspannungsquelle und der Meßwicklungen aller Ausgangstransformatoren übergeordneter *r>
Wechselrichterglieder und einer Diode (9,9'; 10,10';
11,11') besteht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler zur Speisung einer Belastung
mit einer auf die Spannung einer Normalspannungsquelle geregelten Gleichspannung mit mehreren eingangsseitig an eine gemeinsame Speisequelle angeschlossenen, je eine Rechteckwechselspannung gleicher
Frequenz erzeugenden und je einen Ausgangstransformator enthaltenen Wechselrichtergliedern, deren Ausgänge in Reihe geschaltet sind und eine Summenspannung liefern, die über eine Gieichrichteranordnung an
die Belastung angelegt ist Ein solcher Gleichspannungswandler ist aus der US-PS 32 97 936 bekannt
Bei dem bekannten Gleichspannungswandler, der zwei Wechselrichterglieder aufweist, werden die Rechteckwechselspannungen mit derart veränderlicher Phasenverschiebung einander überlagert daß die Summenspannung durch zeitweise gegenseitige Auslöschung aus
rechteckförmigen Spannungsperioden besteht zwischen denen mehr oder weniger lange Lücken liegen.
Entsprechend wird mehr oder weniger Leistung von der Gleichrichteranordnung übertragen, und die Spannung
an der Belastung kann auf diese Weise konstantgehalten werden.
Bei diesem als Impulsbreitenmodulation ansprechbaren Regelungsprinzip ist es infolge der Spannungslükken notwendig, der Gleichrichteranordnung ein relativ
aufwendiges Glättungsglied, z. B. einen L-C-Filter
nachzuschalten, was die Abmessungen und das Gewicht des Gleichspannungswandlers insgesamt vergrößert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Gleichspannungswandler der eingangs beschriebenen
Art unmittelbar am Ausgang der Gleichrichteranordnung eine gut geglättete Gleichspannung zu erhalten, so
daß der Aufwand für ein nachgeschaltetes Glättungsglied relativ gering gehalten werden kann.
Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Gleichspannungswandler wird zur Lösung der gestellten
Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Hauptwechselrichterglied und mehrere mit Rückspeisedioden versehene Hilfswechselrichterglieder vorgesehen sind, wobei die Hilfswechselrichterglieder über je
ein steuerbares Schaltelement phasensynchron mit dem Hauptwechselrichter ansteuerbar sind, derart, daß jedes
Hilfswechselrichtergüed beim ersten Schaltzustand des steuerbaren Schaltelements zusammen mit dem Hauptwechselrichterglied angesteuert wird und im Wechselrichterbetrieb arbeitet rnd beim zweiten Schaltzustand
des steuerbaren Schaltelementes die Ansteuerung des Hillswechselrichtergliedes unterbunden ist und es im
Rückspeisebetrieb mit vorzeichenumgekehrter Ausgangswechselspannung arbeitet, daß ferner die Übersetzungsverhältnisse der Ausgangstransformatoren der
Wechselrichterglieder so bemessen sind, daß das Hauptwechselrichterglied die größte Ausgangsspannung und die Hilfswechselrichterglieder gestaffelt
kleinere Ausgangsspannungen liefern, und daß jedem Hilfswechselrichtergüed je eine Vergleichseinrichtung
zugeordnet ist, die die Spannung der Normalspannungsquelle mit einer Meßspannung vergleicht, die gleich der
mit einem einheitlichen Proportionalitätsfaktor multiplizierten Summe der Ausgangsspannungen aller
derjenigen Wechselrichterglieder mit einer betragsmäßig höheren Ausgangsspannung als die Ausgangsspannung des betreffenden Hilfswechselrichtergliedus ist,
und welche Vergleichseinrichtung das zugehörige steuerbare Schaltelement in den ersten Schaltzustand
steuert, wenn die vorgenannte Summenspannung kleiner als die Normalspannung ist, und das steuerbare
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742426965 DE2426965C3 (de) | 1974-06-04 | 1974-06-04 | Gleichspannungswandler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742426965 DE2426965C3 (de) | 1974-06-04 | 1974-06-04 | Gleichspannungswandler |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2426965A1 DE2426965A1 (de) | 1975-12-11 |
DE2426965B2 DE2426965B2 (de) | 1979-12-20 |
DE2426965C3 true DE2426965C3 (de) | 1980-08-21 |
Family
ID=5917298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19742426965 Expired DE2426965C3 (de) | 1974-06-04 | 1974-06-04 | Gleichspannungswandler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2426965C3 (de) |
-
1974
- 1974-06-04 DE DE19742426965 patent/DE2426965C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2426965A1 (de) | 1975-12-11 |
DE2426965B2 (de) | 1979-12-20 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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