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Gleichspannungswandler Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler,
insbesondere zur Verwendung beim Umladen zweier Batterien mit einer Einrichtung
zum Takten der zu wandelnden Gleichspannung, einem Transformator und einer dem Transformator
nachgeschalteten Gleichrichteranordnung.
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Zweck eines Gleichspannungswandlers ist die Energieübertragung zwischen
zwei Energiespeichern mit unterschiedlichen Betriebsspannungswerten. Aufgeführt
sei hier z.B. ihre Verwendung in einem Elektrofahrzeug, in demeine erste Gleichstromquelle
zur Speisung eines Gleichstrommotors verwendet wird. Üblicherweise liegt die Betriebsspannung
dieses Gleichstrommotors höher als die der übrigen Verbraucher im und am Kraftfahrzeug.
Um hier die z.B. mit 12 Volt arbeitenden Verbraucher energiemäßig opltimal versorgen
zu können, bedient man sich an Stelle einer Lichtmaschine mit nachgeschaltetem Akkumulator
für die Verbraucher eines Gleichspannungswandlers.
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Es ist bereits ein Gleichspannungsw andler bekannt geworden, bei dem
vom Pluspol der primären Energiequelle eine Drossel zu einer Mittelanzapfung der
Primärwicklung eines Transformators geführt ist, deren beide Endanschlüsse über
je einen Thyristor mit dem Minuspol der Energiequelle verbunden sind.
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Die Sekundärseite des Transformators kann über eine Gleichrichteranordnung
mit einem zweiten Energiespeicher verbunden werden. Während des Betriebes dieses
Gleichspannungswandlers müssen die beiden an den Endanschlüssen der Primärwiklung
des Transformators angeschlossenen Thyristoren abwechselnd leitend gesteuert werden5
damit nicht Transformator und Drossel in die Sättigung kommen, was einen Kurzschluß
mit dem rein ohmchen Widerstand der einzelnen Wicklungen zur Folge hätte. Für die
Ansteuerschaltung der beiden Thvristoren muß daher eine äußerste Betriebssicherheit
gefordert werden. Dies ist wiederum mit nicht unbeträchtlichen Kosten verbunden.
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Besondere Aufmerksamkeit erfordert schließlich das Ausgangssignal
eines Ladewandlers. Wird ihm z.B. ein Akkumulator nachgeschaltet, dann sind Spannungspitzen
zu vermeiden. Erreichen läßt sich dies mit einer Siebung, indem z.B. eine Drossel
in
eine Ausgangsleitung des Gleichspannungswandlers geschaltet wird.
In jedem Fall ist ein zusätzliches nicht gewünschtes Bauteil erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Gleichspannungswandlers,
der ein Höchstmaß an Sicherheit bietet und optimale Energieübertragungseigenschaften
bei geringem Aufwand aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch5 daß die Einrichtung zum Takten
eine Brückenschaltung aus vier steuerbaren Halb leiterbauelementen enthält, in deren
Diagonalzweig ein Kondensator angeordnet ist, und der Transformator mit einer nachgeschalteten
Gleichrichteranordnung für eine Energieabgabe bei zusammenbrechendem Magnetfeld
im Transformator ausgelegt ist.
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Vorteilhaft an diesem Gleichspannungswandler ist einmal die sich selbst
löschende Brückenschaltung aus dem steuerbaren Halbleiterbauelementen und damit
eine hohe Betriebssicherheit, und ferner die Energieübertragung mit einer Stromeinprägung.
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Stromeinprägung bedeutet hier, daß die Energie während der Dauer des
zusammenbrechenden Magnet feldes im 8transformator übertragen wird. Entsprechend
muß in diesem Fall eine der Sekundärwieklung des Transformators nachgeschaltete
Gleichrichteranordnung gepolt sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin,
daß die diagonal wechselseitige Leftend-Steuerung der steuerbaren Halbleiterbauelemente
durch einen Oszillator mit veränderbarer Frequenz erfolgt. Verbunden mit einer Freauenzänderung
ist eine entsprechende Änderung in der übertragenen Energie, da jeweils nur Magnetfeldzusammenbrüche
im Transformator den der Gleichrichteranordnung nachfolgenden Verbrauchern Energie
liefern rinnen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben und erläutern.
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Ein erster Akkumulator 10 ist über eine Einrichtung zum Takten -11
der - Spannung des ersten Akkumulators mit der Primärwicklung 14 eines Transformators
12 gekoppelt. Dessen Sekundärwicklung mit zur Primärwicklung verschiedenen.Wicklungssinn
liegt über eine Diode 15 einem zweiten Akkumulator 16 parallel.
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Die Einrichtung zum Takten 11 der Spannung des ersten Akkumulators
besitzt einen Eingang 20 und einen Ausgang 21, zwischen dem eine Brückenschaltung
aus vier Thyristoren 23 bis 26 angeordnet ist.
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In der Diagonale der Brückenschaltung liegt ein Kondensator 28, während
parallel zum Ein- und Ausgang 20 und 21 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand
33 und einem Kondensator 34 angeordnet sind. Dem Widerstand 33 ist schließlich noch
eine Diode 35 parallel geschaltet, wobei die Anode der Diode 35 auf der Seite des
Pluspols des ersten Akkumulators 10 liegt. Angesteuert erden die vier Thyristoren
23 bis 26 über eine Steuereinrichtung 30 durch einen Oszillator 31 mit veränderbarer
Frequenz. Dieser Oszillator 31 ist im einfachsten Fall ein RC-Oszillator. Als Steuereinrichtung
30 läßt sich ein JK-Flipflop verwenden, an dessen nichtinvertierenden Ausgang z.B.
die Phyristoren 23 l und anngeschlossen sind, und entsprechend an dessen - und 25
invertierenden Ausgang die Thyristoren 24 1- und 25 die vier Thyristoren 23 bis
26 jeweils paarweise und diagonal gegenüberliegend leitend gesteuert werden, dadurch
dann die im Transformator 12 zu übertragende Energie im Kondensator 28 gespeichert
wird.
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Erhalten z.B. die Thyristoren 23 und 26 einen Zündimpuls, so läd sich
der Kondensator 28 maximal bis zur Betriebsspannung des ersten Akkumulators 10 auf.
Unterschreitet dieser Ladestrom einen bestimmten Liegt, erlöschen die beiden zuvor
leitend
gesteuerten Thyristor automatisch. Erhalten die beiden vorher
gelöschten Thyristoren 24 und 25 nun einen- Zündimpul-s, dann wird sich der Kondensator28
zuerst entladen und dann wieder mit entgegengesetzter Polarität aufladen, bis bei
diesen Thyristoren 24 und 25nun Selbstlöschung eintritt.
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Mit entsprechendem Wicklungssinn von Primär- und Sekundärwicklung
und darauf abgestimmter Polung der Diode 15 erhält man ein Ausgangssignal nur nachdem
die Kondensatorumladung abgeschlossen ist, und danach das Magnetfeld im Transformator
12 abgebaut wird. Die übertragene Energie ist dann abhängig -von der Anzahl - der
Kondensatorumladungen -und damit proportional der Frequenz des Oszillators 31 zur
Steuerung der vier Thyristoren 23 bis 26.
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Um den Stromanstieg nach jedem Umschalten der Thyristoren 23 bis 26
zu begrenzen, dient noch die zusätzlich im Primärstromkreis des Transformators 12
liegende Drossel 18.
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Schließlich haben die RC-Kombination aus dem Widerstand 33 und dem
Kondensator 34 noch eine Schutzfunktion für die Thyristoren der Brückenschaltung,
wobei die Diode 35 párallel zum Widerstand 33 einen zusätzlichen Schutz bietet.
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Da sich über die Frequenzänderung des Oszillators 31 die übertragene
Energie und damit die Spannung des zweiten Akkumulators 16 steuern läßt, bietet
sich ein Reg-elkreis zum Konstanthaltentan. Sie wird zu diesem Zweck einem Regler
zugeführt, der dann abhängig von Ist- und Sollwert der Spannung des Akkumulators
16 über einen Steuere ingang 41 die Frequenz des Oszillators 31 bestimmt.
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Zusammenfässend sei noch einmal festgestelSt, daß durch die Selbstlöschung
der vier Thyristoren 23 bis 26 eine äußerste Sicherheit beim Betrieb dieses Ladewandlers
gegeben ist utyd + dieser Akkumulatorspannung
die Energieabgabe
in Verbindung mit dem zusammenbrechenden Magnetfeld im Transformator 12 für den
vorliegenden Anwendungsfall der Umladung zweier Batterien eine optimale Lösung bietet.