-
Beschreibung und Patentansprüche
-
Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer
oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim
Ausschalten Elektrische oder elektronische Einwegschalter werden auf sehr zahlreichen
Gebieten der Elektrotechnik eingesetzt. Sie besitzen zwei Hauptstromanschlüsse und
eine Vorrichtung, mit deren Hilfe sie vom leitenden in den sperrenden Zustand und
zurück versetzt werden können. Ein Fluß des Hauptstromes ist betriebsmäßig nur in
einer Richtung, nämlich von der Hauptstromelektrode E (Eingang) zur Hauptstromelektrode
A (Ausgang) vorgesehen. Aus dieser betriebsmäßigen Beschränkung auf eine Stromflußrichtung
resultiert die Bezeichnung Einwegschalter. Im leitenden Zustand setzt der Einwegschalter
einem von der Elektrode E zur Elektrode A fliessenden Strom I nahezu keinen Widerstand
entgegen. In diesem leitenden Zustand a ist infolgedessen die am Einwegschalter
liegende Spannung nahezu Null. Umgekehrt setzt der Einwegschalter einem von der
Elektrode E zur Elektrode A fliessenden Strom im sperrenden Zustand einen sehr hohen
Widerstand entgegen. In diesem sperrenden Zustand ß ist infolgedessen dieser Strom
auch dann
nahezu Null, wenn zwischen den Elektroden E und A eine
erhebliche Spannung anliegt. Beispiele für derartige elektrische oder elektronische
Einwegschalter sind abschaltbare Thyristoren (Gate-turn-off-Thyristoren), als Schalter
betriebene bipolare Transistoren, als Schalter betriebene Unipolartransistoren (Feldeffekttransistoren)
sowie im Einwegbetrieb eingesetzte Schalter mit mechanischer Kontaktgabe.
-
Aus wirtschaftlichen Gründen ist man bestrebt, die thermische Beanspruchung
solcher Einwegschalter möglichst gering zu halten. Zum einen geschieht dies dadurch,
daß man die Zustände a (Einwegschalter ist leitend) und ß (Einwegschalter ist gesperrt)
möglichst ideal realisiert derart, daß im Zustand a die Spannung am Schalter und
im Zustand ß der Strom durch den Schalter jeweils ihre kleinstmöglichen Werte annehmen,
um auf diese Weise zu erreichen, daß das Produkt U I, welches die im Schalter in
Wärme umgesetzte Verlustleistung repräsentiert, so gering wie möglich wird. Beim
Obergang vom Zustand a in den Zustand ß und umgekehrt.erfährt der Einwegschalter
aber ohne zusätzliche Vorkehrungen gleichzeitig eine nennenswerte Strom- und Spannungsbelastung,
was während dieses Obergangs erhebliche momentane Verlustleistungen zur Folge hat.
Zum anderen ist man daher bestrebt, diese Übergänge vom Zustand a in den Zustand
ß und umgekehrt außerordentlich rasch
vorzunehmen, damit die Verlustenergie
je Umschaltvorgang so gering wie möglich wird.
-
Aber auch bei hoher Umschaltgeschwindigkeit und damit kurzer Obergangszeit
von einem in den anderen Schaltzustand ist die gleichzeitige Beanspruchung des Einwegschalters
mit erheblichen Werten von Strom und Spannung unerwünscht. Dies sowohl wegen der
dabei verlorengehenden Nutzenergie als auch wegen der dabei auftretenden elektrischen
Beanspruchung der Einwegschalter, welche häufig die entscheidende Grenze für deren
Belastbarkeit darstellt. Dies gilt insbesondere für den Abschaltvorgang des Einwegschalters,
d.h. den Obergang vom leitenden Zustand CL in den sperrenden Zustand. .
-
Diese Ausführungen seien an einem Beispiel verdeutlicht. Fig. 1 zeigt
eine Anordnung, bei welcher ein gemischt ohmisch-induktiver Verbraucher (1) unter
Zwischenschaltung eines elektronischen Einwegschalters (2) - welcher hier beispielhaft
als npn-Transistor ausgeführt ist - aus einer Gleichspannungsquelle (3) gespeist
wird. Damit der Strom durch den Verbraucher auch dann weiterfliessen kann, wenn
ihm der Weg durch den--Einwegschalter versperrt ist, weil sich dieser im sperrenden
Zustand ß befindet, ist dem Verbraucherzweipol eine Freilaufdiode (4) antiparallel
geschaltet.
-
Wird der Einwegschalter (2) in Fig. 1 nun vom leitenden
Zustand
a in den gesperrten Zustand ß versetzt (beim beispielhaft angenommenen Transistor
dadurch, daß dessen Basisstrom verringert wird), so wächst der zwischen den beiden
Hauptstromele.ktroden E und A wirksame Widerstand von einem zunächst sehr geringen
auf einen sehr hohen Wert an. Während dieses sehr rasch ablaufenden Vorganges ändert
der Strom durch den Verbraucherzweipol (1) aufgrund der dort enthaltenen Drossel
seine Größe praktisch nicht. Infolgedessen steigt die Spannung zwischen den Hauptstromelektroden
E und A des Einwegschalters von einem zunächst sehr kleinen auf immer höhere Werte
an. Erst wenn die Spannung U zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters
(2) so groß geworden ist wie die Summe der Quellenspannung UO und der Schleusenspannung
der Freilaufdiode (4), beginnt der Strom durch den Verbraucherzweipol über diese
Diode zu fliessen, und erst wenn dieser Zustand erreicht ist, geht der Strom durch
den Einwegschalter (2) auf einen sehr geringen Wert zurück. Dies geschieht nicht
schlagartig, sondern aufgrund stets vorhandener Schaltungsinduktivitäten ebenfalls
in einer endlichen Zeitspanne.
-
Die beschriebenen zeitlichen Verläufe des Stromes durch den Einwegschalter
und der Spannung U zwischen seinen beiden Hauptstromelektroden sind in
Figur
2 dargestellt. Aus diesen zeitlichen Verläufen U(t) und I(t) bestimmt sich in einfacher
Weise das Produkt U(t) mitt) , welches in Fig. 2 ebenfalls dargestellt ist. Man
erkennt deutlich die bereits beschriebene hohe Verlustleistungsspitze im Einwegschalter
beim Abschalten desselben Um diese Verlustleistungsspitze zu verringern, ist es
erforderlich, den Strom durch den Einwegschalter bereits auf unschädliche Werte
zurückzunehm.en, b e v o r die Spannung zwischen seinen Hauptstromelektroden auf
erhebliche Werte angestiegen ist.
-
Dazu liegt es nahe, zwischen den beiden Hauptstromelektroden des Einwegschalters
einen Kondensator-Dioden-Nebenweg vorzusehen, welcher beim Ausschalten des Einwegschalters
den bis dahin durch diesen geflossenen Strom übernimmt und die dabei aufgenommene
Ladung beim nächsten Einschalten des Einwegschalters über diesen und zwischengeschaltete
Ohmwiderstände wieder abgibt.
-
Fig. 3 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 nach Erweiterung um ein derartiges
bekanntes Entlastungsnetzwerk, bestehend aus dem Kondensator C, der Diode D und
dem Entladewiderstand R . War in dieser Anordnung der Einwegschalter (2) zunächst
längere Zeit eingeschaltet und der Kondensator C infolgedessen auf die Spannung
uC = 0 entladen und wird dann der Einwegschalter vom leitenden
Zustand
CL in den sperrenden Zustand ß versetzt, so beginnt der Strom durch den Verbraucherzweipol
vom Einwegschalter (2) auf den durch die Diode D und den Kondensator C gebildeten
Nebenweg überzuwechseln, sobald die Spannung U- - zwischen den Hauptstromelektroden
des Einwegschalters den Wert der Schleusenspannung der Diode D erreicht hat.
-
Bei genügend großer Kapazität des Kondensators C ist der Strom durch
den Einwegschalter dann bereits auf unerhebliche Werte abgesunken, bevor die Spannung
am Kondensator und damit auch jene zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters
einen nennenswerten Betrag angenommen haben.
-
Die zeitlichen Verläufe des Stromes I durch den Einwegschalter und
der Spannung U zwischen seinen beiden Hauptstromelektroden sowie des Stromes1C durch
den Kondensator C sind in Figur 4 dargestellt.
-
Aus den zeitlichen Verläufen U(t) sowie I(t) bestimmt sich in einfacher
Weise das Produkt U(t) . I(t), welches in Figur 4 ebenfalls aufgetragen ist. Man
erkennt, daß der gewünschte Effekt-erreicht, d.h. die kritische Verlustleistungsspitze
beim Ausschalten entfallen ist. Entlastungsanordnungen dieser Art weisen jedoch
einen gravierenden Nachteil auf.
-
Die dem Dioden-Kondensator-Nebenzweig während des Ausschaltvorgangs
zugeführte elektrische Energie wird im Anschluß an das nächste Wiedereinschalten
des Einwegschalters zur Vorbereitung der Entlastung beim folgenden Wiederausschalten
in ohmsche Verluste umgesetzt.
Bei hohen Umschaltzahlen je Zeiteinheit
treten infolgedessen beträchtliche Energieverluste und unerwünschte Erhitzungserscheinungen
auf und der von der Umladung des Entlastungskondensators nach -dem Wiedereinschalten
des Einwegschalters beanspruchte Ohmwiderstand muß für hohe Belastung ausgelegt
werden.
-
Diese Nachteile werden von der Erfindung gemäß deutscher Patentanmeldung
P 26 39 589.1 vermieden. Zu deren Funktion ist jedoch üblicherwei se unter Zuhilfenahme
aktiver und/oder passiver elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente ein zusätzlicher
Schaltungspunkt zu bilden, der sogenannte Schaltungspunkt mit halbem Sperrspannungspotential,
welcher gegenüber jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters, die beim Abschalten
des über den Einwegschalter fliessenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber
dem zuvor speisenden elektrischen System weitgehend beibehält und deshalb als Schaltetelektrode
mit konstantem Potential bezeichnet wird, eine Spannung aufweist, welche halb so
groß ist wie die Sperrspannung, welche die verbleibende Hauptstromelektrode des
Einwegschalters, die dann als Schalterelektrode mit springendem Potential zu bezeichnen
ist, gegenüber der Hauptstromelektrode mit konstantem Potential nach Abschluß eines
Abschaltvorgangs des Einwegschalters ann-immt. Auf die-Bildung eines zusätzlichen
Schaltungspunkts mit
halbem Sperrspannungspotential kann verzichtet
werden, wenn ein durch dessen beschriebene Eigenschaft gekennzeichneter Schaltungspunkt
in der ursprünglichen Gesamtschaltung, in welcher der Einwegschalter eingesetzt
ist, z.B. in Form des Mittelabgriffs einer Batterie, bereits vorhanden ist. Andererseits
bedeutet die Erfordernis der Bildung eines Schaltungspunkts mit halbem Sperrspannungspotential
einen geringen Aufwand in Gesamtschaltungen, in denen elektrische oder elektronische
Einwegschalter paarweise eingesetzt sind derart, daß bei der einen Hälfte jene Hauptstromelektroden
der Einwegschalter, durch welche der Strom in diese eintritt - die sogenannten Eingangselektroden
- , als Schalterelektroden mit springendem Potential betrieben werden und daß bei
der anderen Hälfte jene Hauptstromelektroden der Einwegschalter, durch welche der
Strom aus diesen austritt - die sogenannten Ausgangselektroden- , als Schalterelektroden
mit springendem Potential betrieben werden. Dann kann nämlich der Punkt mit halbem
Sperrspannungspotential in sehr einfacher und-verlustfreier Weise durch einen kapazitiven
'Spannungsteiler zwischen jenen Schaltungspunkten gebildet werden, an welche die
Schalterelektroden mit konstantem Potential von je einer Hälfte der Einwegschalter
angeschlossen sind. Schliesslich kann auf die Bildung bzw.
-
Nutzung dieses Schaltungspunkts mit halbem Sperrspannungspotential
ganz verzichtet werden in Gesamtschaltungen,
in denen die elektrischen
oder elektronischen Einwegschalter in der beschriebenen Art paarweise eingesetzt
sind und außerdem so betrieben werden, daß jeweils ein Einwegschalter aus der einen
Hälfte gleichzeitig mit einem Einwegschalter aus der anderen Hälfte eingeschaltet
ist und die beiden Entlastungsnetzwerke dieser beiden Einwegschalter geeignet miteinander
verbunden werden.
-
Im allgemeinen, sehr häufig auftretenden Fall der verlustfreien Entlastung
elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung
beim Ausschalten bleibt jedoch bei der ansonsten sehr vorteilhaften Erfindung gemäß
deutscher Patentanmeldung P 26 39 589.1 der Bedarf nach dem beschriebenen Schaltungspunkt
mit halbem Sperrspannungspotential bestehen, woraus ein nicht unerheblicher Aufwand
resultiert, insbesondere dann, wenn-bei der Bildung -dieses Schaltungspunkts prinzipbedingte
Verluste vermieden werden sollen. Die vorliegende Erfindung löst diese Problematik.
Sie stellt eine Entlastungsgrundschaltung vor, welche die verlustfreie Entlastung
elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung
beim Ausschalten ohne Zuhilfenahme eines sogenannten Punkts mit halbem Sperrspannungspotential
bewerkstelligt und in verschiedenen Au~-uhrungsvarianten,
welche
allein durch Einsparung von Bauelementen aus ihr hervorgehen, die Realisierung weiterer,
für zahlreiche Einsatzfälle sehr positiver Eigenschaften erlaubt.
-
Die genannte Grundschaltung entsteht ihrem Wesen nach dadurch, daß
zwei Entlastungsnetzwerke unter Hinzunahme weiterer Bauelemente an einem Einwegschalter
so angeschlossen und untereinander verbunden werden, daß auf eine Verbindung mit
einem zusätzlichen Punkt mit halbem Sperrspannungspotential verzichtet werden kann.
-
Für die Beschreibung der Entlastungsgrundschaltung sei berücksichtigt,
daß die Gesamtschaltung,in welcher ein elektrischer oder elektronischer Einwegschalter
eingesetzt ist, häufig ein Teilnetzwerk mit zwei Elektroden enthält, zwischen denen
eine weitgehend konstante Spannung besteht und von denen unmittelbar im Anschluß
an das Abschalten des Einwegschalters eine Elektrode, die im weiteren Zuflußelektrode
genannt sei, mit der Eingangselektrode des ginwegschalters und die andere Elektrode,
die im folgenden Abflußelektrode genannt sei, mit der Ausgangselektrode des Einwegschalters
elektrisch leitend verbunden ist, während diese beiden Elektroden des Teilnetzwerks
im leitenden Zustand des Einwegschalters von dessen Hauptstromelektroden, z.B. über
Dioden, elektrisch getrennt sind.
-
Sofern in der ursprünglichen Gesamtschaltung selbst ein Teilnetzwerk
mit diesen Eigenschaften nicht oder nicht vollständig vorhanden ist, kann es durch
Umgruppierung vorhandener Bauelemente und/oder unter Zuhilfenahme zusätzlicher passiver
sowie gegebenenfalls auch aktiver elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente
in einfacher Weise vervollständigt oder ergänzend hinzugefügt werden.
-
Erfindungsgemäß wird nun zwischen die erläuterten Schaltungspunkte,
die Ein- und Ausgangselektrode des Einwegschalters sowie die Zu- und Abflußelektrode
des zugehörigen Teilnetzwerks mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften ein
Entlastungsnetzwerk eingefügt, welches aus zwei Drosseln mit etwa gleicher Induktivität
- den sogenannten Ladedrosseln-, zwei Dioden - den sogenannten Entlastungsdioden-,
zwei weiteren Dioden - den sogenannten Lade dioden - , einer fünften Diode -der
sogenannten Querstromdiode -, zwei Kondensatoren mit etwa gleich großer Kapazität
- den sogenannten Entlastungskondensatoren - sowie zwei weiteren Kondensatoren mit
unter sich wiederum etwa gleich großer Kapazität - den sogenannten Stützkondensatoren
- besteht.
-
Dabei ist in dieser Grundschaltung die Kapazität der beiden Stützkondensatoren
wesentlich größer als jene der beiden Entlastungskondensatoren.
-
Die Drosseln und Dioden sind so angeordnet, daß von der Zuflußelektrode
des Teilnetzwerks zu desen Abflußelektrode ein Pfad besteht, in welchem nacheinander
die eingangseitige Entlastungsdiode, die eingangseitige Ladediode, die eingangseitige
Ladedrossel, die Querstromdiode, die ausgangseitige Ladedrossel, die ausgangseitige
Ladediode und die ausgangseitige Entlastungsdiode aufeinander folgen, wobei die
Anschlußrichtung aller fünf Dioden einheitlich und so gewählt ist, daß jede Diode
für sich - auch bei einem Kurzschliessen aller anderen - einen kontinuierlichen
Stromfluß von der Zuflußelektrode des Teilnetzwerks zu dessen Abflußelektrode über
diesen Pfad unterbindet. Einer der beiden Entlastungskondensatoren - der eingangseitige
Entlastungskondensator -ist zwischen die Eingangselektrode des Einwegschalters und
die Anode der eingangseitigen Entlastungsdiode eingefügt, deren Kathode mit der
Zuflußelektrode des Teilnetzwerks mit den beschriebenen Eigenschaften verbunden
ist. Der zweite Entlastungskondensator - der ausgangseitige Entlastungskondensator
- ist analog zwischen die Ausgangselektrode des Einwegschalters und die Kathode
der ausgangseitigen Entlastungsdiode geschaltet, deren Anode an die Abflußelektrode
des Teilnetzwerks mit den beschriebenen Eigenschaften angeschlossen ist.
-
Einer der beiden Stützkondensatoren - der eingangseitige Stützkondensator
- ist zwischen die Eingangselektrode des Einwegschalters und die Anode der Querstromdiode
und der zweite Stützkondensator - der ausgangseltige Stützkondensator - ist zwischen
die Ausgangselektrode des Einwegschalters und die Kathode der Querstromdiode eingefügt.
Damit erfüllt das Netzwerk die erwünschte, im folgenden beschriebene Entlastungsfunktion.
Unmittelbar im Anschluß an das Einschalten des Einwegschalters werden die beiden
Entlastungskondensatoren über den Einwegschalter selbst, die beiden Ladedrosseln
und die beiden Ladedioden aus den beiden Stützkondensatoren so aufgeladen, daß die
Anode jener Entlastungsdiode, deren Kathode mit der Zuflußelektrode des Teilnetzwerks
mit den beschriebenen Eigenschaften verbunden ist, gegenüber der Kathode jener Entlastungsdiode,
deren Anode mit der Abflußelekrode dieses Teilnetzwerks verbunden ist, eine Spannung
aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie jene Sperrspannung, welche die Eingangselektrode
des Einvegschalters gegenüber dessen Ausgangselektrode nach Abschluß des Abschaltvorgangs
des Einwegschalters annimmt. Während dieses Aufladevorgangs der Entlas tungskondensatoren
ändert sich die Spannung an den Stützkondensatoren nur unerheblich, da letztere
bei dieser Entlastungsgrundschaltung eine wesentlich größere Kapazität aufweisen
als die beiden Entlastungskondensatoren. Wird
nun das nächste Abschalten
des Einwegschalters durch rasche Erhöhung des zwischen seinen Hauptstromelektroden
wirksamen Widerstands eingeleitet, so kann die Spannung zwischen diesen Hauptstromelektroden
nur so rasch anwachsen, wie die beiden Entlastungskondensatoren von dem zuvor über
den Einwegschalter geflossenen Strom wieder entladen werden. Bei genügend großer
Kapazität der Entlastungskondensatoren ist der Strom durch den Einwegschalter dann
bereits auf unerhebliche Werte abgesunken, bevor die Spannung zwischen den Hauptstromelektroden
des Einwegschalters einen nennenswerten Betrag angenommen hat. Damit ist ohne prinzipbedingte
Verluste und ohne die Erfordernis eines sogenannten Punkts mit halbem Sperrspannungspotential
erreicht, daß der Einwegschalter von seiner Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten
entlastet wird. Diese Ausführungen seien an einem Beispiel verdeutlicht.
-
Figur 5a zeigt dazu einen sogenannten Hochsetzsteller (engl. boost
cQnverter), welcher elektrische Energie von der links angeschlossenen Gleichspannungquelle
(3) mit der Spannung Uo in das rechts anzuschliessende Gleichspannungssystem mit
der - größeren -Spannung Ua überträgt. Die Hauptstromdiode (5) verhindert, daß elektrische
Energie in umgekehrter Richtung, vom rechts anzuschliessenden Gleichspannungssystem
weg und zur links angeschlossenen Gleich-
Cv'ri spannungsquelle
(3) bzw. zum Einwegschalter (2) hin fließt. In Figur 5b ist auch in die zweite Verbindungsleitung
zum rechts anzuschliessenden Gleichspannungssystem eine Hauptstromdiode (6) eingefügt.
Damit enthält die Gesamtschaltung ein Teilnetzwerk, welches in Form der Kathode
der oberen Hauptstromdiode (5) und der Anode der unteren Hauptstromdiode (6) zwei
Elektroden aufweist, zwischen denen eine weitgehend konstante Spannung Ua besteht
und von denen unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters die
eine Elektrode, nämlich die Kathode der oberen Hauptstromdiode (5) als Zuflußelektrode
des Teilnetzwerks mit der Eingangselektrode E des Einwegschalters,und die andere
Elektrode, also die Anode der unteren Hauptstromdiode (6) als Abflußelektrode des
Teilnetzwerks mit der Ausgangselektrode A des Einwegschalters, elektrisch leitend
verbunden ist, während diese beiden Elektroden des Teilnetzwerks im leitenden Zustand
des Einwegschalters von dessen Hauptstromelektroden über die beiden dann sperrenden
Hauptstromdioden (5) und (6) getrennt sind.
-
Figur 5c zeigt nun die Anordnung gemäß Figur 5b nach Erweiterung um
die beschriebene, ohne prinzipbedingte Verluste und ohne einen äußeren Punkt mit
halbem Sperrspannungspotential arbeitende Entlastungsgrundschaltung, bestehend aus
der eingangseitigen
Entlastungsdiode (7), der eingangseitigen
Ladediode (8), der eingangseitigen Ladedrossel (9), der Querstromdiode (10), der
ausgangseitigen Ladedrossel (11), der ausgangseitigen Ladediode (12), der ausgangseitigen
Entlastungsdiode (13), dem eingangseitigen Entlastungskondensator (14), den ausgangseitigen
Entlastungskondensator (15), dem eingangseitigen Stützkondensator (16) und dem -ausgangseitigen
Stützkondensator (17).
-
Wird in der Gesamtschaltung nach Fig. 5c der Einwegschalter (2) nach
längerer Einschaltdauer für einige Zeit abgeschaltet, so wird der Strom durch die
Gleichspannungsquelle (3) und die Speicherdrossel (18) sich schließlich allein über
die Hauptstromdioden (5) und (6) sowie das rechts anzuschliessende Gleichspannungssystem
mit der Spannung Ua schliessen. Dann sind die Entlastungskondensatoren (14) und
(15) nahezu vollständig entladen, die Spannungen zwischen ihren Anschlußelektroden
also praktisch Null. Wird der Einwegschalter in Fig. 5c nun vom gesperrten Zustand-
in den leitenden Zustand versetzt, dann wechselt zum einen der bisher über die Hauptstromdioden
(5) und (6) geflossene Strom der Speicherdrossel (18) wieder auf den Einwegschalter
über und zum anderen laden sich die Entlastungskondensatoren (14) und (15) so auf,
daß die Anode der eingangseitigen Entlastungsdiode (7)
gegenüber
der Kathode der ausgangseitigen Entlastungsdiode (13) eine Spannung aufweist, die
geringfügig größer ist als die Ausgangsspannung U Dabei erfolgt die Aufladung des
eingangseitigen Entlastungskondensators (14) über den Einwegschalter (2), die eingangseitige
Ladediode (8) und die eingangseitige Ladedrossel (9) aus dem ausgangseitigen Stützkondensator
(17) und entsprechend die Aufladung des ausgangseitigen Entlastungskondensators
(15) über den Einwegschalter (2), die ausgangseitige Ladediode (12) und die ausgangseitige
Ladedrossel (11) aus dem eingangseitigen Stützkondensator (16). Dabei wird das Zeitintervall
für diese Aufladevorgänge in bekannter Weise durch das Produkt aus der Induktivität
der Ladedrosseln (9) bzw. (11) und der Kapazität der Entlastungskondensatoren (14)
bzw. (15) festgelegt, während der dabei auftretende Maximalwert der Ströme durch
die Entlastungskondensatoren durch den Quotienten dieser beiden Größen bestimmt
wird.
-
Wird der Einwegschalter (2) in Figur 5c nun wieder vom leitenden Zustand
in den sperrenden Zustand versetzt, so beginnt der Strom durch die Speicherdrossel
(18) und die Gleichspannungsquelle (3) vom Einwegschalter (2) auf den durch den
eingangseitigen Entlastungskondensator (14), die eingangseitige Entlastungsdiode
(7), das rechts anzuschliessende Gleichspannungssystem mit der Spannung Ua , die
ausgangseitige
Entlastungsdiode (13) sowie den ausgangseitigen Entlastungskondensator (15) gebildeten
Nebenweg überzuwechseln, sobald die Summe aus den zunächst noch konstanten Spannungen
ucE des eingangseitigen Entlastungskondensators und uCA des ausgangseitigen Entlastungskondensators
sowie der ansteigenden Spannung U zwischen der Eingangs- und der Ausgangselektrode
des Einweg--schalters so groß geworden ist wie die Summe, aus den - kleinen - Schleusenspannungen
der Entlastungsdioden (7) und(13) sowie der Spannung Ua des rechts anzuschliessenden
Gleichspannungssystems.
-
Da zuvor uCE + ucA sv Ua ist, findet dieses Oberwechseln des Stromes
bereits bei einer sehr geringen Spannung U zwischen den Hauptstromelektroden des
Einwegschalters statt. Bei genügend großer Kapazität der Entlastungskondensatoren
(14) und (15) ist der Strom durch den Einwegschalter dann bereits auf unerhebliche
Werte abgesunken, bevor die Spannungen an den Entlastungskondensatoren nennenswert
zurückgegangen sind und damit die Spannung zwischen den Hauptstromelektroden des
Einwegschalters einen nennenswerten Betrag angenommen hat. Damit ist der gewünschte
Effekt erreicht, d.h. die kritische Verlustleistungsspi.tze beim Ausschalten des
Einwegschalters entfällt.
-
Die beschriebene Entlastungsgrundschaltung hat
den
Vorzug, daß sie auch dann voll funktionsfähig bleibt, wenn - z.B. infolge zeitweise
absinkender Eingangsspannung UO oder kleiner werdender Einschaltdauer des Einwegschalters
- der Strom, welcher unmittelbar vor dem Abschalten des Einwegschalters durch diesen,die
Speicherdrossel (18) und die Gleichspannungsquelle (3) fließt und unmittelbar im
Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters auf den durch die beiden Entlastungskondensatoren
(14) und (15), die beiden Entlastungsdioden (7) und (13) sowie das rechts anzuschliessende
Gleichspannungssystem mit der Spannung Ua gebildeten Nebenweg überwechselt, nicht
ausreicht, um die beiden Entlastungskondensatoren vor Beginn des nächsten Einschaltens
des Einwegschalters vollständig zu entladen. Auch dann werden bei dieser Entlastungsgrundschaltung
die beiden Entlastungskondensatoren (14) und (15) unmittelbar im Anschluß an das
nächste Einschalten des Einwegschalters in der gewünschten Weise voll aufgeladen.
Als eine typische Eigenschaft dieser Entlastungsgrundschaltung ist jedoch festzuhalten,
daß bei der Aufladung der beiden Entlastungskondensatoren (14) und (15) unmittelbar
im Anschluß an das Einschalten des Einegschalters die Summe der beiden Ladeströme
der Kondensatoren über den Einwegschalter fließt, die Aufladung der beiden Entlastungskondensatoren
über den Einwegschalter also parallel erfolgt,
während beim Entlastungsvorgang,
welcher sich unmittelbar an das Abschalten des Einwegschalters anschliesst, die
beiden Entlastungskondensatoren (14) und (15) nacheinander, also in Serie von jenem
Strom durchflossen werden, den zuvor der Einwegschalter (2) geführt hat. Das hat
zur Folge, daß die Spannung zwischen den beiden Hauptstromelektroden des Einwegschalters
doppelt so schnell ansteigt wie -jene zwischen den Anschlußelektroden der einzelnen
Entlastungskondensatoren, weil letztere bei diesem Entlastungsvorgang eben in Serie
geschaltet sind.
-
Unter Hingabe des vorgenannten Vorzugs dieser Entlastungsgrundschaltung
(daß sie nämlich auch dann voll funktionsfähig bleibt, wenn der Strom, welcher unmittelbar
vor dem Abschalten des Einwegschalters durch diesen floß, nicht ausreicht, um die
beiden Entlastungskondensatoren vor Beginn des nächsten Einschaltens des Einwegschalters
vollständig zu entladen) kann hier eine Verbesserung des Entlastungseffekts beim
Ausschalten des Einwegschalters im Verhältnis zu dessen Belastung beim Aufladen
der Entlastungskondensatoren erreicht werden, wenn die Kapazität der Stützkondensatoren
(16) und (17) nicht, wie in der Entlastungsgrundschaltung, wesentlich größer als
die Kapazität der beiden Entlastungskondensatoren gewählt wird, sondern wenn die-Kapazitäten
aller vier Kondensatoren, also der beiden Entlastungskondensatoren und der beiden
bisher als
Stützkondensatoren bezeichneten Bauelemente, etwa gleich
groß gewählt wird.
-
Dann entsteht die erste Variante der Entlastungsgrundschaltung.
-
An ihr wird erfindungsgemäß zwischen die erläuterten Schaltungspunkte,
die Ein- und Ausgangselektrode des Einwegschalters sowie die Zu- und Abflußelektrode
des zugehörigen Teilnetzwerks mit den eingangs beschriebenen Eigenschaften ein Entlastungsnet.zwerk
eingefügt, welches aus zwei Drosseln mit etwa gleicher Induktivität - den sogenannten
Ladedrosseln -, zwei Dioden - den sogenannten Längsentlastungsdioden -, zwei weiteren
Dioden - den sogenannten Ladedioden -, einer fünften Diode - der sogenannten Querentlastungsdiode
-, zwei Kondensatoren mit etwa gleich großer Kapazität - den sogenannten Längsentlastungskondensatoren
- sowie zwei weiteren Kondensatoren mit etwa gleich großer Kapazität - den sogenannten
Querentlastungskondensatoren - besteht.
-
Dabei ist in dieser ersten Variante der Entlastungsgrundschaltung
die Kapazität der beiden Längsentlastungskondensatoren etwa gleich groß wie jene
der beiden Querentlastungskondensatoren. Die Drosseln und Dioden sind so angeordnet,
daß von der Zuflußelektrode des Teilnetzwerks zu dessen AbfluRelektrode ein Pfad
besteht, in welchem nacheinander
die eingangseitige Längsentlastungsdiode,
die eingangseitige Ladediode, die eingangseitige Ladedrossel, die Querentlastungsdiode,
die ausgangseitige Ladedrossel, die ausgangseitige Ladediode und die ausgangseitige
Längsentlastungsdiode aufeinander folgen, wobei die Anschlußrichtung aller fünf
Dioden einheitlich und so gewählt ist, daß jede Diode für sich - auch bei einem
Kurz schliessen aller anderen - einen kontinuierlichen Stromfluß von der Zuflußelektrode
des Teilnetzwerks zu dessen Abflußelektrode über diesen Pfad unterbindet.
-
Einer der beiden Längsentlastungskondensatoren - der eingangseitige
Längsentlastungskondensator -ist zwischen die Eingangselektrode des Einwegschalters
und die Anode der eingangseitigen Längsentlastungsdiode eingefügt, deren Kathode
mit der Zuflußelektrode des Teilnetzwerks mit den beschriebenen Eigenschaften verbunden
ist. Der zweite Längsentlastungskondensator - der ausgangseitige Längsentlastungskondensator
- ist analog zwischen die Ausgangselektrode des Einwegschalters und die Kathode
der ausgangseitigen Längsentlastungsdiode geschaltet, deren Anode an die Abflußelektrode
des Teilnetzwerks mit den beschriebenen Eigenschaften angeschlossen ist. Einer der
beiden Querentlastungskondensatoren - der eingangseitige Querentlastungskondensator
- ist zwischen die Eingangselektrode des Einwegschalters und die Anode der Querentlastungsdiode
und
der zweite Querentlastungskondensator - der ausgangseitige Querentlastungskondensator
- ist zwischen die Ausgangselektrode des Einwegschalters und die Kathode der Querentlastungsdiode
eingefügt.
-
Damit erfüllt das Netzwerk die erwünschte, im folgenden beschriebene
Entlastungsfunktione Unmittelbar im Anschluß an das Einschalten des Einwegschalters
werden die beiden Längsentlastungskondensatoren über den Einwegschalter selbst,
die beiden Ladedrosseln und die beiden Ladedioden aus den beiden Querentlastungskondensatoren
so aufgeladen, daß die Anode jener Längsentlastungsdiode, deren Kathode mit der
Zuflußelektrode des Teilnetzwerks mit den beschriebenen Eigenschaften verbunden
ist, gegenüber der Kathode jener Längsentlastungsdiode, deren Anode mit der Abflußelektrode
dieses Teilnetzwerks verbunden ist, eine Spannung aufweist, welche näherungsweise
so groß ist wie jene Sperrspannung, welche die Eingangselektrode des Einwegschalters
gegenüber dessen Ausgangselektrode nach Abschluß des Abschaltvorgangs des Einwegschalters
annimmt, Während dieses Aufladevorgangs der beiden Längsentlastungskondensatoren
geht die Spannung an den beiden speisenden Querentlastungskondensatoren, welche
zu Beginn dieses Vorgangs näherungsweise halb so groß war wie jene Sperrspannung,
welche
die Eingangselektrode des Einwegschalters gegenüber dessen Ausgangselektrode nach
Abschluß des vorangegangenen Abschaltvorgangs des Einwegschalters annahm, näherungsweise
auf den Wert Null zurück. Wird nun das nächste Abschalten des Einwegschalters durch
rasche Erhöhung des zwischen seinen Hauptstromelektroden wirksamen Widerstands eingeleitet,
so kann die Spannung zwischen diesen Hauptstromelektroden nur so rasch anwachsen,
wie die beiden Längsentlastungskondensatoren von einer Hälfte des zuvor über den
Einwegschalter geflossenen Stroms wieder entladen und die beiden Querentlastungskondensatoren
von der anderen Hälfte dieses zuvor über den Einwegschalter geflossenen Stroms wieder
geladen werden. Bei genügend großer Kapazität der vier Entlastungskondensatoren
-ist der Strom durch den Einwegschalter dann bereits auf unerhebliche Werte abgesunken,
bevor die Spannung zwischen den beiden Hauptstromelektroden des Einwegschalters
-einen nennenswerten Betrag angenommen hat. Damit ist erreicht, daß der Einwegschalter
von seiner Verlustleistungsbeanspruchung beim Abschalten -entlastet wird und es
ist gegenüber der Entlastungsgrundschaltung eine Verbesserung des Entlastungseffekts
beim Ausschalten des Einwegschalters im Verhältnis zu dessen Belastung beim Umladen
der Entlastungskondensatoren um den Faktor 2 erzielt, weil nun auch jene Kondensatoren,
aus welchen die
Längsentlastungskondensatoren unmittelbar im Anschluß
an das Einschalten des Einwegschalters aufgeladen werden, zum Entlastungseffekt
in gleichem Maße beitragen wie die Längsentlastungskondensatoren selbst.
-
Figur 6 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Figur 5b nach Erweiterung
um die vorstehend beschriebene erste Variante der Entlastungsgrundschaltung, bestehend
aus der eingangseitigen Längsentlastungsdiode (19), der eingangseitigen tadediode
(8), der eingangseitigen Ladedrossel (9), der Querentlastungsdiode (20), der ausgangseitigen
Ladedrossel (11), der ausgangseitigen Ladediode (12) der ausgangseitigen Längsentlastungsdiode
(21), dem eingangseitigen Längsentlastungskondensator (22) dem ausgangseitigen Längsentlastungskondensator
(23) dem eingangseitigen Querentlastungskondensator (24) und dem ausgangseitigen
Querentlastungskondensator (25).
-
Unter weiterer Nutzung des Grundgedankens der Erfindung lässt sich
der Entlastungseffekt beim Ausschalten des Einwegschalters im Verhältnis zu dessen
Belastung beim Umladen der Entlastungskondensatoren nochmals um den Faktor 2 verbessern
und gleichzeitig eine beträchtliche Verringerung des Aufwands für die gewünschte
Entlastungsanordnung erzielen, wenn in der ersten Variante der Entlastungsgrundschaltung
der eingangseitige Querentlastungskondensator
entfernt wird und
jene Anschlüsse, zwischen denen er ursprünglich eingefügt war, miteinander verbunden
werden und wenn die ausgangseitige Ladedrossel, die ausgangseitige Ladediode, die
ausgangseitige Längsentlastungsdiode sowie der ausgangseitige Längsentlastungskondensator
ersatzlos herausgenommen werden. Die dann entstehende zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung
besitzt nur noch drei Außenanschlüsse. Das Teilnetzwerk mit den eingangs beschriebenen
Eigenschaften ist dann zumindest nicht mehr vollständig erforderlich. Bei dieser
zweiten Variante der Entlastungsgrundschaltung genügt es vielmehr davon aus zu-
-gehen, daß in einer Gesamtschaltung, in welcher ein elektrischer oder elektronischer
Einwegschalter eingesetzt ist, üblicherweise ein Schaltungspunkt vorhanden ist,
welcher gegenüber jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Schalterelektrode
mit konstantem Potential genannt -, die beim Abschalten des über einen Einwegschalter
fliessenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem zuvor speisenden elektrischen
System weitgehend beibehält, eine weitgehend konstante oder nur relativ langsam
veränderliche Spannung aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie die Sperrspannung,
welche die andere Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Schalterelektrode
mit springendem Potential genannt die beim Abschalten des über den Einwegschalter
fliessenden
Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem zuvor speisenden elektrischen System
erheblich verändert, gegenüber der Schalterelektrode mit konstantem Potential nach
Abschluß eines Abschaltvorgangs des Einwegschalters aufweist (im Beispiel nach Fig.
5a ist dies der obere Anschlußpunkt des rechts anzuschliessenden Gleichspannungssystems
bzw. die mit diesem Anschlußpunkt galvanisch verbundene Kathode der Hauptstromdiode
(5) ).
-
Sofern sich in Abweichung vom Oblichen in der ursprünglichen Schaltung
selbst kein Punkt mit dieser Eigenschaft finden läßt, kann ein solcher entweder
durch Umgruppierung der vorhandenen Bauelemente oder unter Zuhilfenahme passiver
sowie gegebenenfalls zusätzlicher aktiver elektrischer und elektronischer Bauelemente
in einfacher Weise auch ergänzend geschaffen werden. Unabhängig davon sei dieser
Schaltungspunkt als der Punkt mit Sperrspannungspotential bezeichnet.
-
Erfindungsgemäß wird bei der zweiten Variante der Entlastungsgrundschaltung
nun zwischen die erläuterten Schaltungspunkte, nämlich den Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential,
die Schalterelektrode mit konstantem Potential und die Schalterelektrode mit springendem
Potential ein Entlastungsnetzwerk eingefügt, welches aus einer Drossel - der sogenannten
Ladedrossel -, einer
Diode - der sogenannten Ladediode -, einer
weiteren Diode - der sogenannten Längsentlastungsdiode -, einer dritten Diode -
der sogenannten Querentlastungsdiode -, einem Kondensator - dem sogenannten Längsentlastungskondensator
- und einem weiteren Kondensator mit etwa derselben Kapazität - dem sogenannten
Querentlastungskondensator -besteht. Die Drossel und die Dioden sind so angeordnet,
daß vom Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential zur Schalterelektrode mit springendem
Potential ein Pfad besteht, in welchem nacheinander die Längsentlastungsdiode, die
Ladediode, die Ladedrossel und die Querentlastungsdiode aufeinander folgen, wobei
die Anschlußrichtung aller drei Dioden einheitlich und so gewählt ist, daß jede
Diode für sich - auch bei einem Kurzschliessen der beiden anderen - einen kontinuierlichen
Stromfluß zwischen dem Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential und der Schalterelektrode
mit springendem Potential auch bei eingeschaltetem Einwegschalter unterbindet. Der
Längsentlastungskondensator ist zwischen die Schalterelektrode mit springendem Potential
und jenen Anschluß der Längsentlastungsdiode eingefügt, der nicht mit dem Schaltungspunkt
mit Sperrspannungspotential verbunden ist. Der Querentlastungskondensator ist zwischen
die Schalterelektrode mit konstantem Potential und jenen Anschluß der Querentlastungsdiode
eingefügt,
der nicht an die Schalterelektrode mit springendem Potential
angeschlossen ist.
-
Damit erfüllt diese zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung
die erwünschte, im folgenden beschriebene Entlastungsfunktion. Unmittelbar im Anschluß
an das Einschalten des Einwegschalters wird der Längsentlastungskondensator über
den Einwegschalter selbst, die Ladedrossel und die Lade diode aus dem Querentlastungskondensator
so aufgeladen, daß jene.Elektrode des Längsentlastungskondensators, an welche die
beiden Dioden angeschlossen sind, gegenüber dem anderen, mit der Schalterelektrode
mit springendem Potential verbundenen Anschluß des Längsentlastungskondensators
eine Spannung aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie jene Sperrspannung,
welche die Schalterelektrode mit springendem Potential gegenüber der Schalterelektrode
mit konstantem Potential nach Abschluß des Abschaltvorgangs des Einwegschalters
annimmt. Während dieses Aufladevorgangs des Längsentlastungskondensators geht die
Spannung am speisenden Querentlastungskondensator, welche zu Beginn dieses Vorgangs
näherungsweise so groß war wie jene Sperrspannung, welche die Schalterelektrode
mit springendem Potential gegenüber der Schalterelektrode mit konstantem Potential
nach Abschluß des vorangegangenen Abschaltvorgangs des Einwegschalters
annahm,
näherungsweise auf den Wert Null zurück.
-
Wird nun das nächste Abschalten-des Einwegschalters durch rasche Erhöhung
des zwischen seinen Hauptstromelektroden wirksamen Widerstands eingeleitet, so kann
die Spannung zwischen diesen Hauptstromelektroden nur so rasch anwachsen, wie der
Längsentlastungskondensator von der einen Hälfte des zuvor über den Einwegschalter
geflossenen Stroms wieder entladen und der Querentlastungskondensator von der anderen
Hälfte.dieses zuvor über den Einwegschalter geflossenen Stroms wieder geladen wird.
Bei genügend großer Kapazität der beiden Entlastungskondensatoren ist der Strom
durch den Einwegschalter dann bereits auf unerhebliche Werte abgesunken, bevor die
Spannung zwischen den beiden Hauptstromelektroden des Einwegschalters -einen nennenswerten
Betrag angenommen hat. Damit ist erreicht, daß der Einwegschalter von seiner Verlus
tleis tuIigsbeanspruchung beim Abschalten entlastet wird und es ist gegenüber der
Entlastungsgrundschaltung eine Verbesserung des Entlastungseffekts beim Ausschalten
im Verhältnis zu dessen Belastung beim Umladen der Entlastungskondensatoren um den
Faktor 4 erzielt, weil beide Kondensatoren in gleichem Maße zum Entlastungseffekt
beitragen, diese Kondensatoren während des Entlastungsvorgangs parallel betrieben
werden, während des Umladevorgangs
aber in Reihe geschaltet sind.
-
Fig. 7 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Figur 5a nach Erweiterung
um die vorstehend beschriebene zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung, bestehend
aus der Längsentlastungsdiode (26), der Ladediode (27), der Ladedrossel (28), der
Querentlastungsdiode (29), dem Längsentlastungskondensator (30) und dem Querentlastungskondensator
(31).
-
Lediglich zur Andeutung des außerordentlich breiten Anwendungsbereiches
der Erfindung seien noch drei weitere Einsatzbeispiele aufgeführt.
-
Figur 8 zeigt die Anordnung gemäß Figur 1 nach Erweiterung um die
vorstehend beschriebene, zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung.
-
Figur 9 entspricht der Anordnung gemäß Figur 8 mit Ausnahme des Umstands,
daß die Reihenfolge von Einwegschalter und Verbraucherzweipol vertauscht ist.
-
Figur 10 zeigt einen Zweig einer Wechselrichterschaltung mit zwei
Einwegschaltern (2) und einer Ausgangselektrode (32). Die untere Gleichspannungsschiene
bzw. der hiermit galvanisch verbundene Punkt P1 ist der Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential
für den oberen Einwegschalter, die obere Gleichspannungsschiene bzw. der mit ihr
galvanisch verbundene Punkt P2 ist der Schaltungspunkt mit
Sperrspannungspotential
für den unteren Einwegschalter.
-
Diese zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung ist grundsätzlich
besonders vorteilhaft. Lediglich in Fällen, in denen eine volle Funktionsfähigkeit
der Entlastungsanordnung auch dann gefordert wird, wenn - z.B. infolge zeitweise
absinkender Eingangsspannung oder kleiner werdender Einschaltdauer des Einwegschalters
- der Strom, welcher unmittelbar vor dem Abschalten des Einwegschalters durch diesen-fließt
und unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters auf die aus Längsentlastungskondensator
und Längsentlas tungs diode sowie Querentlastungskondensator und Querentlastungsdiode
gebildeten Nebenwege überwechselt, nicht ausreicht, um vor Beginn des nächsten Einschaltens
des Einwegschalters den Längsentlastungskondensator vollständig zu entladen und
den Querentlas tungskondensator vollständig aufzuladen, kann diese zweite Variante
der Entlastungsgrundschaltung den gestellten Ansprüchen alleine eventuell nicht
mehr ausreichend genügen.
-
Unter weiterer Nutzung des Grundgedankens der Erfindung läßt sich
- allerdings unter Inkaufnahme einer Verschlechterung des Verhältnisses von Entlastungseffekt
beim Ausschalten des Einwegschalters zu dessen Belastung beim Umladen der Entlastungskondensatoren
um den Faktor 2 - aus der ersten Variante der Entlastungsgrundschaltung eine Anordnung
entwickeln,
welche diesen Mangel v-ermoideç und gleichzeitig - im Vergleich zur ersten Variante
der Entlastungsgrundschaltung - eine beträchtliche Verringerung des Aufwands für
die gewünschte Entlastungsanordnung aufweist.
-
Diese dritte Variante der Entlastungsgrundschaltung entsteht, wenn
in der ersten Variante der Entlastungsgrundschaltung der eingangseitige und der
ausgangseitige Längsentlastungskondensator jeweils entfernt wird, und jene Anschlüsse,
zwischen denen der eingangseitige Längsentlastungskondensator eingefügt war, miteinander
verbunden werden, sowie jene Anschlüsse, zwischen denen der ausgangseitige Längsentlastungskondensator
eingefügt war, ebenfalls miteinander verbunden werden, sowie die eingangseitige
Längsentlastungsdiode und die ausgangseitige Längsentlastungsdiode ersatzlos herausgenommen
werden. Die so entstehende dritte Variante der Entlastungsgrundschaltung besitzt
nur noch zwei Außenanschlüsse, das Teilnetzwerk mit den eingangs beschriebenen Eigenschaften
ist dann nicht mehr erforderlich. Erfindungsgemäß wird bei der dritten Variante
der Entlastungsgrundschaltung,also zwischen die Eingangselektrode E des Einwegschalters
und dessen Ausgangselektrode A, ein Entlastungsnetzwerk eingefügt, welches aus zwei
Drosseln mit etwa gleicher Induktivität -den sogenannten Entladedrosseln -, zwei
Dioden -den sogenannten Entladedioden -, einer dritten Diode - der sogenannten Entlastungsdiode
- sowie zwei Kondensatoren mit etwa gleich großer Kapazität - den sogenannten Entlastungskondensatoren
- besteht.
-
Die Drosseln und Dioden sind so angeordnet, daß von der Eingangselektrode
des Einwegschalters zu dessen Ausgangselektrode ein Pfad besteht, in welchem nacheinander
die eingangseitige Entladediode, die eingangseitige Entladedrossel, die Entlastungsdiode,
die ausgangseitige Entladedrossel und die ausgangseitige Entladediode aufeinander
folgen, wobei die Anschlußrichtung aller drei Dioden einheitlich und so gewählt
ist, daß jede Diode für sich - auch bei einem Kurzschliessen der beiden anderen
- einen kontinuierlichen Stromfluß von der Eingangselektrode des Einwegschalters
zu dessen Ausgangselektrode über diesen Pfad unterbindet. Einer der beiden Entlastungskondensatoren
- der eingangseitige Entlastungskondensator - ist zwischen die Eingangselektrode
des Einwegschalters und die Anode der Entlastungsdiode, der zweite Entlastungskondensator
- der ausgangseitige Entlastungskondensator -ist zwischen die Ausgangselektrode
des Einwegschalters und die Kathode der Entlastungsdiode eingefügt.
-
Damit erfüllt das Netzwerk die erwünschte, im folgenden beschriebene
Entlastungsfunktion. Unmittelbar im Anschluß an das Einschalten des Einwegschalters
werden die beiden Entlastungskondensatoren über den Einwegschalter selbst, die beiden
Entladedrosseln und die beiden Entladedioden so weit entladen,
bis
die an ihnen liegenden Spannungen etwa den Wert Null angenommen haben. Anschliessend
fließt im Entlastungsnetzwerk ein Kreisstrom über die Entlastungsdiode, die eingangseitige
Entladedrossel, die eingangseitige Entladediode, den Einwegschalter, die ausgangseitige
Entladediode und die ausgangseitige Entladedrossel zur Entlastungsdiode zurück.
-
Wird nun das nächste Abschalten des Einwegschalters durch rasche Erhöhung
des zwischen seinen Hauptstromelektroden liegenden Widerstands eingeleitet, so kann
die Spannung zwischen diesen Hauptstromelektroden nur so rasch anwachsen, wie die
beiden Entlastungskondensatoren von dem zuvor über den Einwegschalter geflossenen
Strom wieder aufgeladen werden. Bei genügend großer Kapazität der Entlastungskondensatoren
ist der Strom durch den Einwegschalter dann bereits auf unerhebliche Werte abgesunken,
bevor die Spannung zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters einen nennenswerten
Betrag angenommen hat. Damit ist erreicht, daß der Einwegschalter von seiner Verlustleistungsbeanspruchung
beim Abschalten entlastet wird und die Funktionsfähigkeit der Entlastungsanordnung
auch bei kleiner werdenden Lastströmen durch den Einwegschalter voll erhalten bleibt.
-
Figur 11 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Figur 5a nach
Erweiterung um die vorstehend
beschriebene dritte Variante der
Entlastungsgrundschaltung, bestehend aus der eingangseitigen Entladediode (33),
der eingangseitigen Entladedrossel (34), der Entlastungsdiode (35), der ausgangseitigen
Entladedrossel (36), der ausgangseitigen Entladediode (37), dem eingangseitigen
Entlastungskondensator (38) und dem ausgangseitigen Entlastungskondensator (39).
-
Betrachtet man rückblickend die mit dieser Erfindung vorgestellte
Entlastungsgrunds chaltung und ihre drei Varianten, so stellt man fest, daß die
Entlastungsgrundschaltung und ihre dritte Variante den Vorteil aufweisen, daß ihre
volle Funktionsfähigkeit auch dann gewährleistet bleibt, wenn der Strom, welcher
unmittelbar vor dem Abschalten des Einwegschalters durch diesen fließt, nur noch
einen Bruchteil seines Nenn- oder Maximalwerts beträgt, während die erste und insbesondere
die zweite Variante der Entlas tungsgrundschaltung günstigere Verhältnisse von Entlastungseffekt
beim Ausschalten des Einwegschalters zu dessen Belastung beim Umladen der Entlastungskondensatoren
aufweisen. Es kann daher sehr vorteilhaft sein, die Entlastungsgrundschaltung oder
ihre dritte Variante mit der ersten oder zweiten Variante der Entlastungsgrundschaltung
an ein- und demselben Einwegschalter zu kombinieren, um hinsichtlich beider Aspekte
günstige Verhältnisse zu erhalten.
Lediglich beispielhaft für solche
Kombinationen zeigt Figur 12 den Hochsetzsteller aus Fig. 5a nach Erweiterung um
die zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung (vergleiche hierzu Fig. 7) und
zusätzlicher Ergänzung um die dritte Variante der Entlastungsgrundschaltung (vergleiche
hierzu Fig. 11).
-
L e e r s e i t e