DE2513287C3 - Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler mit einem Transformator, dessen Primärwicklungen im Stromkreis eines Transistor-Oszillators liegen und dessen Sekundärwicklung über Gleichrichtclemcntc mit einem über den Gleichspannungswandler aufzuladenden Kondensator verbunden sind.

Ein solcher Gleichspannungswandler ist bekannt (US-PS 32 13 344). Bei dem bekannten Gleichspannungswandler werden die beiden Primänvicklungen eines Drei-Wicklungstransformators mitteis zweier Schalttransistoren abwechselnd periodisch mit der Gleichspannungsquelle verbunden. Dadurch wird in der Sekundärwicklung eine Wechselspannung induziert die über Gleichrichterelemente die Aufladung des Kondensators bewirkt Um eine kurze Ladedauer des Kondensators zu erzielen, ist die Windungszahl der Sekundärwicklung des Transformators gegenüber der Windungszahl der Primärwicklung für eine höhere Sekundärspannung als die der erforderlichen Ladespannung des Kondensators entsprechende Spannung gewählt und der Wandler wird bei einem bestimmten Wert der Kondensatorspannung dii.rh zusätzliche Maßnahmen abgeschaltet. Dies geschieht auf der Niedervoltseite durch Abschalten der Transistoransteuerung in Abhängigkeit von einem den Kondensator zugeordneten Spannungsdetektor.

Beim Einschalten des bekannten Spannungswandlers bei völlig entladenem Kondensator arbeitet der Spannungswandler sekundärseitig kurzfristig im Kurzschluß. Dies gilt auch dann, wenn die Sekundärspannung des Transformators nur entsprechend der erforderlichen Ladespannung des Kondensators bemessen wäre und infolgedessen eine zusätzliche Abschalteinrichtung überflüssig wäre. Es entstehen daher primärseitig sehr hohe Einschaltspitzenströme, die — um die Zerstörung der Transistoren zu vermeiden — nicht zu groß werden dürfen, bzw. eine entsprechende Bemessung der Transistoren erfordern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß das Verhältnis des Primärspitzenstroms beim Einschalten des Wandlers zu dem mittleren Primärstrom während der übrigen Ladedauer wesentlich kleiner ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses (Verhältnis von sekundärer zu primärer Windungszahl) des Transformators in Abhängigkeit von de· Kondensatorspannung, derart,

daß unterhalb eines vorgebbaren Wertes der Kondensatorspannung das Übersetzungsverhältnis kleiner ist als oberhalb dieses Wertes.

Auf diese Weise ist es möglich, im Moment des Einschaltens des Wandlers bei leerem Kondensator das Übersetzungsverhältnis des Transformators so weit zu reduzieren, daß die Einschaltspitzenprimärströme gering gehalten werden. Nachdem der Kondensator eine gewisse Ladespannung erreicht hat und der anfängliche Ladestrom in gewissem Maße abgeklungen ist, wird das Übersetzungsverhältnis wieder vergrößert, so daß nunmehr der Wandler mit seinem maximalen Übersetzungsverhältnis arbeitet und der Kondensator mit gegenüber dem abgeklungenen Ladestrom erhöhtem Ladestrom weitergeladen werden kann. Dies hat den Vorteil einer besseren strommäßigen Ausnutzung der Schalttransistoren des Transistor-Oszillators und damit bei sonst gleichen Verhältnissen den Vorteil einer kleinen strommäßigen Bemessung dieser Transistoren. Außerdem wird durch die Erfindung beim Einschalten des Gleichspannungswandlers die Spitzenstrombelastung der den Gleichspannungswandler speisenden Gleichspannungsqueüe vermindert und das Anschwingverhalten des Gleichspannungswandlers verbessert

Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler ist insbesondere zur Verwendung in einem Elektronenblitzgerät vorgesehen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich diese in einfacher Weise schaltungstechnisch dadurch realisieren, daß die Verbindung von Sekundärwicklung und Kondensator über einen Schalter führt, der in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung von seiner Offen- in seine Schließstellung und umgekehrt umschaltbar ist, und daß die Sekundärwicklung zusätzlich mit einer Anzapfung versehen ist, die über Gleichrichtelemente unmittelbar mit dem Kondensator verbunden ist. Durch Schließen und öffnen des Schalters wird die wirksame Windungszahl der Sekundärwicklung und damit das Übersetzungsverhältnis verringert bzw. vergrößert.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Kondensator e'.n erster Spannungsdetektor zugeordnet, der bei Überschreiten eines einstellbaren ersten Spannungspegels den Schaher schließt.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Schalter zum Umschalten des Übersetzungsverhältnisses gleichzeitig als Zweipunktregler für die Ladesollspannung des Kondensators entsprechend der erforderlichen Solladespannung für den Fall verwendet werden, daß bei dem größeren Wert des Übersetzungsverhältnisses die Sekundärspannung so bemessen ist, daß sie — wie bei dem Gleichspannungswandler gemäß US-PS 32 13 344 und der DE-PS 8 57 228 — einem Wert der Ladespannung entspricht, der größer als die Ladesollspannung ist. Hierzu ist dem Kondensator nach einer Weiterbildung der Erfindung ein zweiter Spannungsdetektor zugeordnet, der den Schalter öffnet, sobald der Spannungspegel des Kondensators einen einstellbaren zweiten, über dem ersten Spannungspegel liegenden Wert, die Ladesollspannung oder auch Ladeschlußspannung erreicht hat. Es ist lediglich dafür zu sorgen, daß das Übersetzungsverhältnis des Transformators bei geöffnetem Schalter eine maximale Sekundärspannung zuläßt, die unter der Ladeschlußspannung des Kondensators liegt, während ι,ί die maximale Sekundärspannung bei geschlossenem Schalter in bekannter Weise wesentlich über der Ladeschlußspannung des Kondensators liegt.

Bei dem Gleichspannungswandler gemäß der US-PS 32 13 344 erfolgt die entsprechende Zweipunktregelung ebenfalls mittels eines dem Kondensator zugeordneten Spannungsdetektors. Dieser sperrt bei Erreichen der Ladesollspannung das Schwingen des Transistor-Oszillators. Auch bei dem Gleichspannungswandler gemäß der DE-PS 8 57 228 erfolgt die entsprechende Zweipunktregelung mittels eines dem Kondensator zugeordneten Spannungsdetektors. Dieser schaltet mittels eines elektromagnetischen Relais bei Erreichen einer etwas über der Ladesollspannung liegenden Kondensatorspannung des Übersetzungsverhältnis des Transformators des Gleichspannungswandlers auf einen der Ladesollspannung entsprechenden Wert um.

Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Schalter als Arbeitskontakt eines elektromagnetischen Relais ausgebildet, dessen Erregerwicklung in Reihe mit einem von dem ersten und zweiten Detektor gesteuerten Transistor liegt Arbeitskontakt bedeutet hier, daß der Kontakt bei stromlosen Relais geöffnet und durch Relaiserregung zu schließen ist.

Der erste Spannungsdetektor ist nar¹; einer Weiterbildung der Erfindung von einem parallel zu dem Kondensator geschalteten Spannungsteiler gebildet, dessen einstellbarer Spannungsabgriff über einen Schwellwertbildner an die Basis des in Reihe mit der Relaiserregerwicklung liegenden Transistors angeschlossen ist

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Spannungsdetektor von einem ebenfalls parallel zu dem Kondensator geschalteten weiteren Spannungsteiler gebildet dessen einstellbarer Spannungsabgriff über einen Schwellwertbildner mit der Basis eines weiteren Transistors verbunden ist, der bei Leitendwerden den ersten Transistor sperrt. Durch diese Anordnung wird bewirkt, daß der Wandler bei leeren Kondensator zunächst mit einem kleinen Übersetzungsverhältnis (also kleiner Sekundärwindungszahl) arbeitet, daß bei Erreichen einer bestimmten Ladespannung das Übersetzungsverhältnis des Tr?nsformators, also die Sekundärwindungszahl wesentlich erhöht wird, daß bei Erreichen der Ladeschlußspannung das Obersetzungsverhältnis des Transformators (also die Sekundärwindungszahl) wieder reduziert wird, so daß die sekundärseitige Leerlaufspannung kleber ist als die Ladeschlußspannung des Kondensators, und daß bei Absinken der Kondensatorspannung unter die Ladeschlußspannung der Wandler automatisch wieder auf das große Übersetzungsverhältnis geschaltet wird und den Kondensator nachlädt. Es sei angemerkt, daß durch die US-PS 32 13 344 es an sich bekannt ist, daß der Spannungsdetektor von einem parallel zum Kondensator geschalteten Spannungsteiler gebildet ist, dessen Abtriff über einen Schwellwertbildner (Glimmlampe) an die vom Spannungsdetektor gesteuerte Anrichtung angeschlossen ist.

Nach einer bevorz'igten Ausführungsform der Erfindung sind bei einem Gleichspannungswandler mit einem Transistor-Oszillator in Form eines astabilen Multivibrators mit kapazitiv gekoppelten Schalttransistoren, die jeweils in Reihe r .it einer der beiden Primärwicklungen des Transformators geschaltet sind, die Basen der Schalttransistoren über je eine Diode mit der Sekundärwicklung des Transformators verbunden, die ihrerseits über je eine Diode und dem einpoligen Schalter an der positives Potential führenden Platte des Ladekondensators angeschlossen ii(, während die Anzapfung der Sekundärwicklung über eine weitere Diode unmittelbar

mit dieser Kondensatorplatte verbunden ist, wobei die andere Kondensatorplatte an die Emitter der Schalttransistoren angeschlossen ist.

In der Zeichnung ist der Schaltplan eines Ausfiihrungsbeispieles des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers dargestellt.

Der Gleichspannungswandler besteht aus einem astabilen Multivibrator 1 mit kapazitiv gekoppelten pnp-Schalttransistoren 2 und 3, in deren Kollektorzweig je eine Primärwicklung 4 und 5 eines Dreiwicklungst/ansformators 6 liegen. Der astabile Multivibrator wird von einem Akkumulator 7 gespeist. Die Basen der Schalttransistoren 2 und 3 sind über Dioden 8 und 9 mit der Sekundärwicklung 10 des Transformators 6 verbunden, die ihrerseits über weitere Dioden 11 und 12 mit der Eingangsklemme eines Schalters 13 verbunden ist, dessen Ausgangsklemme an der positives Potential führenden Platte eines Kondensators 14 angeschlossen ist. Die andere Kondensatorplatte ist mit den Emittern der Schalttransistoren 2 und 3 beziehungsweise mit dem positiven Pol des Akkumulators 7 verbunden. Die Sekundärwicklung trägt eine Anzapfung 15, die über eine Diode 16 unmittelbar mit der positives Potential führenden Platte des Kondensators 14 verbunden ist. Parallel zu dem Kondensator 14 sind zwei Spannungsteiler 17 und 18 geschaltet, deren einstellbarer Spannungsabgriff 19 beziehungsweise 20 über eine Glimmlampe 21 beziehungsweise 22 mit der Basis eines npn-Transistors 23 beziehungsweise 24 verbunden ist. Parallel zur Basisemitterstrecke dieser Transistoren ist jeweils ein Kondensator 25 beziehungsweise 26 und ein Widerstand 27 beziehungsweise 28 geschaltet.

Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 23 ist in Reihe mit der Erregerwicklung eines elektromagnetischen Relais 29 geschaltet, dessen Arbeitskontakt der Schalter 13 darstellt. Die Erregerwicklung des Relais & ist über einen Widerstand 30 mit dem Akkumulator 7 verbunden, kann aber ebensogut auch an eine andere Gleichspannungsquelle angeschlossen sein.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist wie folgt:

Durch den Schaltrhythmus des astabilen Multivibrators ! fließt abwechselnd Strom durch die Primärwicklung 5 beziehungsweise Primärwicklung 4. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 10 des Transformators 6 eine Wechselspannung erzeugt, die bei geschlossenem Schalter 13 einen über die Diode 11, dem Kondensator 14 der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 3 und der Diode 9 beziehungsweise der Diode 12, dem Kondensator 14 der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 2 und der Diode 8 fließenden Ladestrom für den Kondensator 14 hervorruft.

Ist der Kondensator 14 völlig entladen, so ist der Schalter 13 geöffnet, da der Transistor 23 über den Widerstand 27 sicher gesperrt ist. Die in den Primärwicklungen 4 und 5 fließenden Ströme erzeugen nunmehr in der Sekundärwicklung eine Wechselspannung, wobei der Ladestrom nunmehr in der einen Periode von der Wicklungsanzapfung 15 über die Diode 16 im Kondensator 14 der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 3 und der Diode 9 und in der anderen Halbperiode von der Wicklungsanzapfung 15 über die Diode 16. dem Kondensator 14 der Emitter-Basis-Strek- V.c des Transistors 2 und der Diode 8 zurück zur Sekundärwicklung fließt. Ist die Wicklungsanzapfung 15 so gewählt, daß die Windungszahl der Sekundärwicklung genau halbiert wird, so fließen jede Halbperiode '·> l.adungsströme gleicher Größe. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 6 ist in diesem Fall halb so groß wie das Übersetzungsverhältnis des Transformators 6 bei geschlossenem Schalter. Der Kondensator 14 wird mit einem kleinen Strom geladen, bis die

in Kondensatorspannung einen Wert annimmt, bei welchem die Glimmlampe 21 zündet und den Kondensator 25 auflädt. Sobald die Spannung des Kondensators 25 einen bestimmten zum Durchsteuern des Transistors 23 erforderlichen Wert erreicht hat, wird dieser leitend und

ü das Relais 29 erregt, wodurch dieses anzieht und den Schalter 13 schließt. Der nunmehr im Ladekreis des Kondensators 14 fließende Strom, und zwar in der einen Halbperiode über die Diode 11, den Schalter 13, den Kondensator 14, die Emitter-Basis-Strecke des Transi-

2« stors 3 und der Diode 9 und in der anderen Halbperiode über die Diode 12, dem Schalter 13, dem Kondensator 14. der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 2 und der Diode 8, nimmt schlagartig zu, wobei seine Größe von dem Verhältnis der Windungszahl von Primär- zur

2^r> Sekundärwicklung des Transformators 6 bestimmt wird. Erreicht die Spannung des Kondensators 14 die sogenannte Ladeschlußspannung, bei welcher eine weitere Aufladung des Kondensators nicht mehr erfolgen soll, so zündet über den Spannungsteiler 18 die Glimmlampe 22 und der Transistor 24 wird leitend. Damit wird die Baisis des Transistors 23 an ein gegenüber dem Emitter-Potential negatives Potential gelegt, so daß der Transistor 23 sperrt, das Relais entregt wird und der Relaisanker abfällt, so daß der

J5 Schalter 13 öffnet. Damit arbeitet der Wandler wiederum mit dem halben Übersetzungsverhältnis, das so gewählt ist, daß die an der Wicklungsanzapfung 15 gegenüber den beiden anderen Wickelanschlüssen abnehmbare sekundäre Leerlaufspannung des Transfor-

■»o mators kleiner als die Ladeschlußspannung des Kondensators ist.

Sinkt nun die Entladung des Kondensators 14 um einen gewissen Betrag unter die Ladeschlußspannung, so erlischt die Glimmlampe 22 und der Transistor 24 sperrt. Liegt dabei die Kondensatorspannung noch über dem zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung in der Glimmlampe 21 erforderlichen Betrag, so zündet der Transformator 23 und das Relais legt den Schalter 13 ein, wodurch der Transformator auf das maximale Übersetzungsverhältnis umgeschaltet wird und der Kondensator nachgeladen wird, bis seine Spannune die Ladeschlußspannung erreicht und das Relais wie vorher beschrieben wieder abfällt. Wird dagegen der Kondensator so weit entladen, daß seine Spannung auch unter die Schwellspannung zum Durchzünden der Glimmlampe 21 sinkt, so arbeitet der Transformator mit halbem Übersetzungsverhältnis und der Kondensator wird mit kleinem Ladestrom so lange geladen, bis die Kondensatorspannung die Schwellspannung für die Glimmlampe

w> 21 erreicht hat das Relais 29 erregt und der Schalter 13 geschlossen wird. Der Transformator arbeitet mit maximalem Übersetzungsverhältnis und der Kondensator wird wiederum mit erhöhtem Strom nachgeladen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gleichspannungswandler mit einem Transformator, dessen Primärwicklungen im Stromkreis eines Transistor-Oszillators liegen und dessen Sekundärwicklung über Gleichrichtelemente mit einem über den Gleichspannungswandler aufzuladenden Kondensator verbunden sind, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Ändern des Obersetzungsverhältnisses (Verhältnis von sekundärer zu primärer Windungszahl) des Transformators (6) in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung, derart, daß unterhalb eines vorgebbaren Wertes der Kondensatorspannung das Übersetzungsverhältnis kleiner ist als oberhalb dieses Wertes.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Sekundärwicklung (10) und Kondensator (14) über einen Schalter (13) führt, der in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung von seiner Offen- in seine Schließstellung und umgekehrt jchaltbar ist, und daß die Sekundärwicklung zusätzlich mit einer Anzapfung (15) versehen ist, die über Gleichrichtelemente (16) unmittelbar mit dem Kondensator verbunden ist.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (14) ein erster Spannungsdetektor zugeordnet ist, der bei Überschreiten eines einstellbaren ersten Spannungspegels den Schalter (13) schließt

4. Wandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (14) ein zweiter Spannurcjsdetektor zugeordnet ist, der bei Erreichen eines einstellbaren zweiten, über dem ersten liegenden Spannungspegei den Schalter (13) öffnet

5. Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Schalter (13) als Arbeitskontakt eines elektromagnetischen Relais (29) ausgebildet ist, dessen Erregerwicklung in Reihe mit einem von dem ersten und zweiten Detektor gesteuerten Transistor (23) liegt

6. Wandler nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannungsdetektor von einem parallel zu dem Kondensator (14) geschalteten Spannungsteiler (17) gebildet ist, dessen einstellbarer Spannungsabgriff (19) über einen Schwellwertbildner an die Basis des Transistors (23) angeschlossen ist.

7. Wandler nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungsdetektor von einem parallel zu dem Kondensator (!4) geschalteten weiteren Spannungsteiler (18) gebildet ist, dessen einstellbarer Spannungsabgriff (20) über einen weiteren Schwellwertbildner mit der Basis eines weiteren Transistors (24) verbunden ist, der bei Leitendwerden den ersten Transistor (23) sperrt.

8. Wandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der weitere Schwellwerbildner je aus der Reihenschaltung einer bo Glimmlampe (21; 22) und eines Kondensators (25; 26) besteht, dem ein Widerstand (27; 28) parallelgeschaltet ist, wobei der Verbindungspunkt zwischen Glimmlampe und Kondensator an die Basis des ersten bzw. weiteren Transistors (23; 24) angeschlos- 1,-, sen ist.

9. Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 8 mit einem Transistor-Oszillator in Form eines astabilen Multivibrators mit kapazitiv gekoppelten Schalttransistoren, die jeweils in Reihe mit einer der beiden Primärwicklungen des Transformators geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Schalttransistoren (2; 3) über je eine Diode (8; 9) mit der Sekundärwicklung (10) des Transformators (6) verbunden sind, die ihrerseits über je eine Diode (11; 12) und den einpoligen Schalter (13) an der positives Potential führenden Platte des Kondensators (14) angeschlossen ist während die Anzapfung

(15) der Sekundärwicklung über eine weitere Diode

(16) unmittelbar mit dieser Koodensatorplatte verbunden ist und daß die andere Kondensatorplatte an die Emitter der Schalttransistoren (2; 3) angeschlossen ist