DE2710938C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 5, 8 und 9 angegebenen Gattungen.

Einrichtungen dieser Art sind im Hauptpatent (DE-PS 26 41 183) beschrieben. Sie bestehen aus Entlastungsnetzwerken in Vierpol-, Dreipol- oder Zweipolaus­ führung, die dem Zweck dienen, für die Entlastung der Schalter von ihrer Ver­ lustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten universell einsetzbar zu sein, ohne daß prinzipbedingte, beim Einsatz Widerstände unvermeidbare Verlust auftreten und ohne daß ein sogenannter Punkt mit halbem Sperrspannungspo­ tential benötigt wird (DE-PS 26 39 589).

Bei den Einrichtungen nach dem Hauptpatent müssen die Schalter allerdings vor dem Nullwerden des Stroms durch die Speicherdrossel oder im unmittelbaren Anschluß an das Erreichen dieses Zustands wieder eingeschaltet oder mit zu­ sätzlichen Hauptstromdioden versehen werden. Andernfalls werden die in den Entlastungsnetzwerken vorgesehenen Stütz- oder Entlastungskondensatoren nach dem Nullwerden des Stroms durch die Speicherdrossel vorzeitig aufgeladen, um­ geladen oder entladen, wobei elektrische Ladungen aus diesen Kondensatoren in die Gleichspannungsquelle zurückfließen können.

Vorzeitige Auf-, Um- oder Entladungen der Kondensatoren der Entlastungs­ netzwerke sind unerwünscht, weil dabei - insbesondere bei hohen Schaltfre­ quenzen - erhebliche elektrische Leistungen wieder in die an sich speisende Gleichspannungsquelle zurückgeschafft wird. Außerdem können sie zur Folge haben, daß die Kondensatoren nicht vollständig bzw. nicht voll auf die ge­ wünschte Endspannung aufgeladen werden, dieser unerwünschte Ladezustand der Kondensatoren sich dann auch im Anschluß an das nächste Wiedereinschalten des Schalters nicht mehr einstellt und infolgedessen der anschließende Ent­ lastungsvorgang beim Abschalten nicht mehr korrekt abläuft. Die Anwendung zusätzlicher Hauptstromdioden ist dagegen wegen der durch sie hervorgerufenen Verluste meistens unerwünscht, insbesondere bei Schaltungen mit niedrigem Spannungspegel.

Der Zusatzerfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Einrichtungen nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß die Schalter auch erst nach dem Nullwerden des Stroms durch die Speicherdrossel wieder eingeschaltet werden können, ohne daß die genannten Auf-, Um- oder Entladungen der Stütz- oder Entlastungskondensatoren möglich sind und ohne daß zusätzliche Dioden im Hauptstromkreis benötigt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 5, 8 und 9.

Dabei ist vorausgesetzt, daß einschaltbare Einwegschalter in Form von Thy­ ristoren an sich bekannt sind (ezt-b, Bd. 27, 1975, Heft 23, S. 620-623).

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1a einen sog. Hochsetzsteller (boost converter);

Fig. 1b den Hochsetzsteller nach Fig. 1a mit einer zweiten Hauptstromdiode;

Fig. 1c die Anordnung nach Fig. 1b nach Erweiterung um eine Entlastungs­ grundschaltung nach dem Hauptpatent;

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1c mit einer zusätzlichen Hauptstromdiode;

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 1c, bei welcher erfindungsgemäß die Lade­ dioden durch einschaltbare Thyristoren ersetzt sind;

Fig. 4 den Hochsetzsteller nach Fig. 1b nach Erweiterung um eine erste Va­ riante der Entlastungsgrundschaltung nach Fig. 1c;

Fig. 5 die Anordnung nach Fig. 4 mit zwei zusätzlichen Hauptstromdioden,

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 4, bei welcher erfindungsgemäß die Ladedioden durch einschaltbare Thyristoren ersetzt sind;

Fig. 7 den Hochsetzsteller nach Fig. 1a nach Erweiterung um eine zweite Va­ riante der Entlastungsgrundschaltung nach Fig. 1c;

Fig. 8 die Anordnung nach Fig. 7 mit einer zusätzlichen Hauptstromdiode;

Fig. 9 einen mit einer zusätzlichen Hauptstromdiode versehenen Gleichstrom­ durchflußwandler;

Fig. 10 die Ersatzdarstellung eines Ankerkreises einer fremderregten Gleich­ strommaschine nach Erweiterung um die mit einer zusätzlichen Hauptstromdiode versehene zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung;

Fig. 11 bis 13 die Anordnung nach Fig. 8 bis 10, bei welchen erfindungs­ gemäß die Ladedioden durch einschaltbare Thyristoren ersetzt sind;

Fig. 14 den Hochsetzsteller nach Fig. 1a nach Erweiterung um eine dritte Variante der Entlastungsgrundschaltung nach dem Hauptpatent;

Fig. 15 die Anordnung nach Fig. 14 mit einer zusätzlichen Hauptstromdiode;

Fig. 16 die Anordnung nach Fig. 14, bei welcher erfindungsgemäß die beiden Entladedioden durch einschaltbare Thyristoren ersetzt sind; und

Fig. 17 den Hochsetzsteller nach Fig. 1a nach Erweiterung um je eine Entla­ stungsschaltung nach Fig. 7 und 14, bei denen erfindungsgemäß jeweils die Ladedioden durch einschaltbare Thyristoren ersetzt sind.

Fig. 1a zeigt dazu einen sogenannten Hochsetz­ steller (engl. boost converter), welcher elektrische Energie von der links angeschlossenen Gleichspannungs­ quelle (1) mit der Spannung U _o in das rechts an­ zuschließende Gleichspannungssystem mit der - größeren Spannung U _a überträgt. Die Hauptstromdiode (2) verhindert, daß elektrische Energie in umgekehrter Richtung, vom rechts anzuschließenden Gleichspannungs­ system weg und zu links angeschlossenen Gleich­ spannungsquelle (1) bzw. zum Einwegschalter (3) hin fließt. In Fig. 1b ist auch in die zweite Verbindungsleitung zum rechts anzuschließenden Gleichspannungssystem eine Hauptstromdiode (4) einge­ fügt. Damit enthält die Gesamtschaltung ein Teil­ netzwerk, welches in Form der Kathode der oberen Hauptstromdiode (2) und der Anode der unteren Hauptstromdiode (4) zwei Elektroden aufweist, zwischen denen eine weitgehend konstante Spannung U _a besteht und von denen unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters die eine Elektrode, nämlich die Kathode der oberen Hauptstrom­ diode (2) als Zuflußelektrode des Teilnetzwerks mit der Eingangselektrode E des Einwegschalters, und die andere Elektrode, also die Anode der unteren Hauptstromdiode (4) als Abflußelektrode des Teil­ netzwerks mit der Ausgangselektrode A des Einweg­ schalters, elektrisch leitend verbunden ist, während diese beiden Elektroden des Teilnetzwerks im leitenden Zustand des Einwegschalters von dessen Haupt­ stromelektroden über die beiden dann sperrenden Hauptstromdioden (2) und (4) getrennt sind. Fig. 1c zeigt nun die Anordnung gemäß Fig. 1b nach Erweiterung um die im Deutschen Patent 26 41 183 beschriebene, ohne prin­ zipbedingte Verluste arbeitende Entlastungs­ grundschaltung, bestehend aus der eingangs­ seitigen Entlastungsdiode (5), der eingangsseitigen Ladediode (6), der eingangsseitigen Ladedrossel (7), der Querstromdiode (8), der ausgangsseitigen Ladedrossel (9), der ausgangsseitigen Ladediode (10), der ausgangsseitigen Entlastungsdiode (11), dem eingangsseitigen Entlastungskondensator (12), dem ausgangsseitigen Entlastungskondensator (13), dem eingangsseitigen Stützkondensator (14) und dem ausgangsseitigen Stützkondensator (15).

Wird in der Gesamtschaltung nach Fig. 1c der Ein­ wegschalter (3) nach längerer Einschaltdauer für einige Zeit abgeschaltet, so wird der Strom durch die Gleichspannungsquelle (1) und die Speicherdrossel (16) sich schließlich allein über die Hauptstrom­ dioden (2) und (4) sowie das rechts anzuschließende Gleichspannungssystem mit der Spannung U _a schließen. Dann sind die Entlastungskondensatoren (12) und (13) nahezu vollständig entladen, die Spannungen zwischen ihren Anschlußelektroden also praktisch Null. Wird der Einwegschalter in Fig. 1c an­ schließend vom gesperrten Zustand in den leitenden Zustand versetzt, dann wechselt zum einen der bisher über die Hauptstromdioden (2) und (4) geflossene Strom der Speicherdrossel (16) wieder auf den Einweg­ schalter über und zum anderen laden sich die Ent­ lastungskondensatoren (12) und (13) so auf, daß die Anode der eingangsseitigen Entlastungsdiode (5) gegenüber der Kathode der ausgangsseitigen Entla­ stungsdiode (11) eine Spannung aufweist, die ge­ ringfügig größer ist als die Ausgangsspannung U _a. Dabei erfolgt die Aufladung des eingangsseitigen Entlastungskondensators (12) über den Einwegschalter (3), die eingangsseitige Ladediode (6) und die eingangsseitige Ladedrossel (7) aus dem ausgangsseitigen Stützkondensators (15) und entsprechend die Aufladung des ausgangsseitigen Entlastungskonden­ sators (13) über den Einwegschalter (3), die aus­ gangsseitige Ladediode (10) und die ausgangsseitige Ladedrossel (9) aus dem eingangsseitigen Stützkon­ densator (14). Dabei wird das Zeitintervall für diese Aufladevorgänge in bekannter Weise durch das Produkt aus der Induktivität der Ladedrosseln (7) bzw. (9) und der Kapazität der Entlastungskonden­ satoren (12) bzw. (13) festgelegt, während der dabei auftretende Maximalwert der Ströme durch die Entlastungskondensatoren durch den Quotienten dieser beiden Größen bestimmt wird.

Wird der Einwegschalter (3) in Fig. 1c anschließend wieder vom leitenden Zustand in den sperrenden Zustand versetzt, so be­ ginnt der Strom durch die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungsquelle (1) vom Einwegschalter (3) auf den durch den eingangsseitigen Entla­ stungskondensator (12), die eingangsseitige Entla­ stungsdiode (5), das rechts anzuschließende Gleichspannungssystem mit der Spannung U _a, die ausgangsseitige Entlastungsdiode (11) sowie den ausgangsseitigen Entlastungskondensator (13) ge­ bildeten Nebenweg überzuwechseln, sobald die Summe aus den zunächst noch konstanten Spannungen u _CE des eingangsseitigen Entlastungskondensators und u _CA des ausgangsseitigen 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 Entla­ stungsdioden (5) und (11) sowie der Spannung U _a des rechts anzuschließenden Gleichspannungssystems. Da zuvor u _CE+u _CA≈U _a ist, findet dieses Überwechseln des Stromes bereits bei einer sehr geringen Spannung U zwischen den Hauptstrom­ elektroden des Einwegschalters statt. Bei genügend großer Kapazität der Entlastungskondensatoren (12) und (13) 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 Verlustleistungs­ spitze beim Ausschalten des Einwegschalters ent­ fällt.

Bei der vorstehenden Beschreibung wurde vorausgesetzt, daß der Einwegschalter (3) jeweils vor dem Nullwerden des Stromes durch die Speicherdrossel (16) oder unmittelbar im Anschluß an das Erreichen dieses Zustands wieder eingeschaltet wird oder daß durch eine bzw. mehrere zusätzliche Hauptstromdioden verhindert wird, daß elek­ trische Ladung aus den Stützkondensatoren (14) und (15) in die Gleichspannungsquelle (1) zurückfließen kann oder daß die Spannung u _o der Gleichspannungsquelle (1) mindestens halb so groß ist wie die Spannung U _a des rechts anzuschließenden Gleichspannungssystems. Ist nicht mindestens eine dieser Voraussetzungen ge­ geben, so kommt es nach dem Nullwerden des Stromes durch die Speicherdrossel (16) zu einer vorzeitigen Aufladung der beiden Entlastungskondensatoren (12) und (13). Dabei erfolgt die vorzeitige Aufladung des eingangsseitigen Entlastungskondensators (12) aus dem ausgangsseitigen Stützkondensator (15) über die eingangsseitige Ladedrossel (7), die eingangsseitige Ladediode (6), die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungsquelle (1) und die vorzeitige Aufladung des ausgangsseitigen Ent­ lastungskondensators (13) aus dem eingangsseitigen Stütz­ kondensator (14) über die ausgangsseitige Ladedrossel (9), die ausgangsseitige Ladediode (10), die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungsquelle (1).

Eine derartige vorzeitige Aufladung der Entlastungskon­ densatoren über die Gleichspannungsquelle (1) ist jedoch unerwünscht, weil dabei - insbesondere bei hohen Schalt­ frequenzen - erhebliche elektrische Leistung wieder in die an sich speisende Gleichspannungsquelle zurück­ geschaffen wird.

Wie bereits angedeutet, läßt sich dieser Effekt durch die Einfügung einer oder mehrerer zusätzlicher Haupt­ stromdioden vermeiden. Dies kann in verschiedener Weise ausgeführt werden. Lediglich als ein Realisierungsbei­ spiel sei die Anordnung nach Fig. 2 aufgeführt, bei welcher in die Anordnung nach Fig. 1c eine zusätzliche Hauptstromdiode (17) unmittelbar mit der Speicherdrossel (16) und der Gleichspannungsquelle (1) in Reihe eingefügt ist, derart, daß kein Strom in die Gleich­ spannungsquelle (1) zurückfließen kann.

Solche zusätzlichen Dioden im Hauptstromkreis sind wegen der durch sie hervorgerufenen Verluste aber meist un­ erwünscht. Dies gilt insbesondere für Schaltungen mit niedrigem Spannungspegel.

Gemäß der hiermit vorgelegten Zusatzerfindung wird die vorzeitige Aufladung der Entlastungskondensatoren über die Gleichspannungsquelle (1) ohne zusätzliche Haupt­ stromdioden dadurch verhindert, daß die beiden Lade­ dioden (6) und (10) durch je einen elektrischen oder elektronischen, in Rückwärtsrichtung sperrenden, ein­ schaltbaren Einwegschalter ersetzt werden, wobei letztere mit dem Einschalten des zu entlastenden Einwegschalters (3) vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzt werden und dann so lange leitend bleiben, bis das Aufladen der Entlastungskondensatoren (12) und (13) abgeschlossen ist. Beispiele für derartige elektrische oder elektronische, in Rückwärtsrichtung sperrende, einschaltbare Einwegschalter sind Thyristoren, abschaltbare Thyri­ storen (Gate-turn-off-Thyristoren), als Schalter betriebene Transistoren mit nachgeschalteter Diode sowie im Einwegbetrieb eingesetzte Schalter mit mechanischer Kontaktgabe.

Fig. 3 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Fig. 1b nach Erweiterung um die in dem Deutschen Patent 26 41 183 vorgestellte Entlastungs­ grundschaltung und nach Ersetzung der dort ursprünglich enthaltenen Ladedioden durch mit gleicher Durchlaß­ richtung eingesetzte Thyristoren (18) und (19), welche jeweils beim Einschalten des Einwegschalters (3) gezündet werden. Bis im Anschluß an das nachfolgende Abschalten des Einwegschalters (3) der Strom durch die Speicherdrossel (16) gegebenenfalls zu Null ge­ worden ist, befinden sich sowohl der eingangsseitige Ladethyristor (18) als auch der ausgangsseitige Ladethyristor (19) wieder im sperrenden Zustand, so daß die weiter vorn beschriebene vorzeitige Auf­ ladung der Entlastungskondensatoren (12) und (13) über die Gleichspannungsquelle (1) vermieden wird.

Als erste Variante der Entlastungsgrundschaltung beschreibt das Deutsche Hauptpatent 26 41 183 eine Anordnung, bei welcher zwischen die eingangs erläuterten Schaltungspunkte, die Ein- und Aus­ gangselektrode des Einwegschalters sowie die Zu- und Ab­ flußelektrode des zugehörigen Teilnetzwerks mit den eingangs beschriebenen Eigenschaften ein Entlastungsnetz­ werk eingefügt wird, welches aus zwei Drosseln mit etwa gleicher Induktivität - den sogenannten Ladedrosseln -, zwei Dioden - den sogenannten Längsentlastungs­ dioden -, 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 Entlastungs­ grundschaltung die Kapazität der beiden Längsent­ lastungskondensatoren etwa gleich groß wie jene der beiden Querentlastungskondensatoren. Die Drosseln und Dioden sind so angeordnet, daß von der Zufluß­ elektrode des Teilnetzwerks zu dessen Abflußelektrode ein Pfad besteht, in welchem nacheinander die eingangsseitige Längsentlastungsdiode, die ein­ gangsseitige Ladediode, die eingangsseitige Ladedrossel, die Querentlastungsdiode, die ausgangsseitige Ladedrossel, die ausgangsseitige Ladediode und die ausgangsseitige Längsentlastungsdiode 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 Längsentlastungkondensatoren - der eingangsseitige Längsentlastungskondensator - ist zwischen die Eingangselektrode des Einwegschalters und die Anode der eingangsseitigen Längsent­ lastungsdiode eingefügt, deren Kathode mit der Zuflußelektrode des Teilnetzwerks mit den beschriebenen Eigenschaften verbunden ist. Der zweite Längs­ entlastungskondensator - der ausgangsseitige Längs­ entlastungskondensator - ist analog zwischen die Ausgangselektrode des Einwegschalters und die Ka­ thode der ausgangsseitigen Längsentlastungsdiode geschaltet, deren Anode an die Abflußelektrode des Teilnetzwerks mit den beschriebenen Eigenschaften angeschlossen ist. Einer der beiden Querentlastungs­ kondensatoren - der eingangsseitige Querentlastungs­ kondensator - ist zwischen die Eingangselektrode des Einwegschalters und die Anode der Querentla­ stungsdiode und der zweite Querentlastungskonden­ sator - der ausgangsseitige Querentlastungskonden­ sator - ist zwischen die Ausgangselektrode des Einwegschalters und die Kathode der Querentlastungs­ diode eingefügt.

Damit erfüllt das Netzwerk die erwünschte, im folgenden beschriebene Entlastungsfunktion. Unmittelbar im Anschluß an das Einschalten des Einweg­ schalters werden die beiden Längsentlastungskonden­ satoren 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 Teil­ netzwerks verbunden ist, eine Spannung aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie jene Sperr­ spannung, welche die Eingangselektrode des Einweg­ schalters gegenüber dessen Ausgangselektrode nach Abschluß des Abschaltvorgangs des Einwegschalters annimmt. Während dieses Aufladevorgangs der beiden Längsentlastungskondensatoren geht die Spannung an den beiden speisenden Querentlastungskon­ densatoren, 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 Einweg­ schalters 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 Querent­ lastungskondensatoren 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 unerheb­ liche 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 Entlastungs­ grundschaltung eine Verbesserung des Entlastungs­ effekts 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 An­ schluß an das Einschalten des Einwegschalters auf­ geladen werden, zum Entlastungseffekt in gleichem Maße beitragen wie die Längsentlastungskondensatoren selbst.

Fig. 4 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Fig. 1b nach Erweiterung um die vorstehend beschriebene erste Variante der Entlastungsgrund­ schaltung, bestehend aus der eingangsseitigen Längs­ entlastungsdiode (20), der eingangsseitigen Lade­ diode (6), der eingangsseitigen Ladedrossel (7), der Querentlastungsdiode (21), der ausgangsseitigen Ladedrossel (9), der ausgangsseitigen Ladediode (10), der ausgangsseitigen Längsentlastungsdiode (22), dem eingangsseitigen Längsentlastungskondensator (23), dem ausgangsseitigen Längsentlastungskondensator (24), dem eingangsseitigen Querentlastungskondensator (25) und dem ausgangsseitigen Querentlastungskondensa­ tor (26).

Bei der vorstehenden Beschreibung der Entlastungs­ funktion dieser ersten Variante der Entlastungsgrund­ schaltung wurde wieder vorausgesetzt, daß der Einweg­ schalter (3) jeweils vor dem Nullwerden des Stromes durch die Speicherdrossel (16) oder unmittelbar im Anschluß an das Erreichen dieses Zustands wieder eingeschaltet wird oder daß durch eine bzw. mehrere zusätzliche Hauptstromdioden verhindert wird, daß elektrische Ladung aus den beiden Querentlastungs­ kondensatoren (25) und (26) in die Gleichspannungs­ quelle (1) zurückfließen kann oder daß die Spannung U _o der Gleichspannungsquelle (1) mindestens halb so groß ist wie die Spannung U _a des rechts anzuschließenden Gleichspannungssystems. Ist nicht mindestens eine dieser Voraussetzungen gegeben, so kommt es nach dem Nullwerden des Stromes durch die Speicherdrossel (16) zu einer vorzeitigen Aufladung der beiden Längsentlastungskondensatoren (23) und (24) und zu einer vorzeitigen Ent­ ladung der beiden Querentlastungskondensatoren (25) und (26). Dabei erfolgt die vorzeitige Aufladung des eingangsseitigen Längsentlastungskondensators (23) aus dem ausgangsseitigen Querentlastungskonden­ sator (26) (welcher dabei entladen wird) über die eingangsseitige Ladedrossel (7), die eingangsseitige Ladediode (6), die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungsquelle (1) und die vorzeitige Aufladung des ausgangsseitigen Längsentlastungskondensators (24) aus dem eingangsseitigen Querentlastungs­ kondensator (25) (welcher dabei entladen wird) über die ausgangsseitige Ladedrossel (9), die aus­ gangsseitige Ladediode (10), die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungsquelle (1). Eine derartige vorzeitige Aufladung der Längsentlastungs­ kondensatoren und Entladung der Querentlastungs­ kondensatoren über die Gleichspannungsquelle (1) ist unerwünscht, weil dabei - insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen - erhebliche elektrische Leistung wieder in die an sich speisende Gleich­ spannungsquelle zurückgeschaffen wird. Des weiteren ist sie unerwünscht, weil dabei die Querent­ lastungskondensatoren nicht vollständig entladen und die Längsentlastungskondensatoren nicht voll auf die erwünschte Endspannung (hier: U _a) aufge­ laden werden und der erwünschte Ladezustand dieser Kondensatoren sich dann auch im Anschluß an das nächste Wiedereinschalten des Einwegschalters (3) nicht mehr einstellt und infolgedessen der an­ schließende Entlastungsvorgang beim Abschalten nicht mehr korrekt abläuft.

Wie bereits angedeutet, läßt sich dieser Effekt durch die Einfügung einer oder mehrerer zusätz­ licher Hauptstromdioden vermeiden. Dies kann wieder in verschiedener Weise ausgeführt werden. Lediglich als ein Realisierungsbeispiel sei die Anordnung nach Fig. 5 aufgeführt, bei welcher in die An­ ordnung nach Fig. 4 zwei zusätzliche Hauptstrom­ dioden (27) und (28) in den zum Einwegschalter (3) hin und von diesem weg führenden Querpfad einge­ fügt sind, derart, daß keine elektrische Ladung aus den Querentlastungskondensatoren (25) und (26) in die Gleichspannungsquelle (1) zurück­ fließen kann.

Solche zusätzlichen Dioden im Hauptstromkreis sind wegen der durch sie hervorgerufenen Verluste aber meist unerwünscht. Dies gilt insbesondere für Schal­ tungen mit niedrigem Spannungspegel.

Gemäß der hiermit vorgelegten Zusatzerfindung wird die vorzeitige Aufladung der Längsentlastungskonden­ satoren und gleichzeitige Entladung der Querent­ lastungskondensatoren über die Gleichspannungs­ quelle (1) ohne zusätzliche Hauptstromdioden dadurch verhindert, daß die beiden Ladedioden (6) und (10) durch je einen elektrischen oder elektro­ nischen, in Rückwärtsrichtung sperrenden, ein­ schaltbaren Einwegschalter ersetzt werden, wobei letztere mit dem Einschalten des zu entlastenden Einwegschalters (3) vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzt werden und dann so lange leitend bleiben, bis das Aufladen der Längsentlastungskondensa­ toren (23) und (24) und das Entladen der Querent­ lastungskondensatoren (25) und (26) abgeschlossen ist. Bereits genannte Beispiele für derartige elek­ trische oder elektronische, in Rückwärtsrichtung sperrende, einschaltbare Einwegschalter sind Thyristoren, abschaltbare Thyristoren (Gate-turn- off-Thyristoren), als Schalter betriebene Transistoren mit nachgeschalteter Diode sowie im Einweg­ betrieb eingesetzte Schalter mit mechanischer Kontaktgabe.

Fig. 6 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Fig. 1b nach Erweiterung um die in dem Deutschen Patent 26 41 183 vorgestelle erste Variante der Entlastungsgrundschaltung und nach Ersetzung der dort ursprünglich enthaltenen Ladedioden durch mit gleicher Durchlaßrichtung eingesetzte Thyristoren (29) und (30), welche jeweils beim Einschalten des Einwegschalters (3) gezündet werden. Bis im Anschluß an das nachfolgende Ab­ schalten des Einwegschalters (3) der Strom durch die Speicherdrossel (16) gegebenenfalls zu Null ge­ worden ist, befinden sich sowohl der eingangsseitige Ladethyristor (29) als auch der ausgangsseitige Ladethyristor (30) wieder im sperrenden Zustand, so daß die weiter vorn beschriebene vorzeitige Aufladung der Längsentlastungskondensatoren (23) und (24) sowie die gleichzeitige Entladung der Querentlastungskondensatoren (25) und (26) über die Gleichspannungsquelle (1) vermieden wird.

Als zweite Variante der Entlastungsgrundschaltung beschreibt das Deutsche Patent 26 41 183 eine Anordnung, welche nur noch drei Außenanschlüsse aufweist. Das Teilnetzwerk mit den eingangs beschriebenen Eigenschaften ist dann zumindest nicht mehr vollständig erforderlich. Bei dieser zweiten Variante der Entlastungs­ grundschaltung genügt es vielmehr davon auszu­ gehen, daß in einer Gesamtschaltung, in welcher ein elektrischer oder elektronischer Einwegschalter eingesetzt ist, üblicherweise ein Schaltungs­ punkt vorhanden ist, welcher gegenüber jener Haupt­ stromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Schalterelektrode mit konstantem Potential genannt -, die beim Abschalten des über einen Einwegschalter fließenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem anschließend die Sperrspannungsbeanspruchung des Einwegschalters bestimmenden System weitgehend beibehält, eine weitgehend konstante oder nur relativ langsam veränderliche Spannung aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie die Sperrspannung, welche die andere Hauptstrom­ elektrode des Einwegschalters - im weiteren Schal­ terelektrode mit springendem Potential genannt -, die beim Abschalten des über den Einwegschalter fließenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem anschließend die Sperrspannungsbean­ spruchung des Einwegschalters bestimmenden System erheblich verändert, gegenüber der Schalterelektrode mit konstantem Potential nach Abschluß eines Abschaltvorgangs des Einwegschalters aufweist (im Beispiel nach Fig. 1a ist dies der obere Anschluß­ punkt des rechts anzuschließenden Gleichspannungs­ systems bzw. die mit diesem Anschlußpunkt galvanisch verbundene Kathode der Hauptstromdiode (2)). Sofern sich in Abweichung vom Üblichen in der ur­ sprünglichen Schaltung selbst kein Punkt mit dieser Eigenschaft finden läßt, kann ein solcher entweder durch Umgruppierung der vorhandenen Bauelemente oder unter Zuhilfenahme passiver sowie ge­ gebenenfalls zusätzlicher aktiver elektrischer und elektronischer Bauelemente in einfacher Weise auch ergänzend geschaffen werden. Unabhängig davon sei dieser Schaltungspunkt als der Punkt mit Sperrspannungspotential bezeichnet.

Gemäß der in dem Deutschen Patent 26 41 183 angegebenen Erfindung wird bei der zweiten Variante der Entla­ stungsgrundschaltung nun zwischen die erläu­ terten Schaltungspunkte, nämlich den Schaltungs­ punkt mit Sperrspannungspotential, die Schalter­ elektrode mit konstantem Potential und die Schal­ terelektrode mit springendem Potential ein Ent­ lastungsnetzwerk 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 ange­ ordnet, daß vom Schaltungspunkt mit Sperrspannungs­ potential zur Schalterelektrode mit springendem Potential ein Pfad besteht, in welchem nacheinander die Längsentlastungsdiode, die Ladediode, die La­ dedrossel 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 Strom­ fluß zwischen dem Schaltungspunkt mit Sperrspannungs­ potential und der Schalterelektrode mit sprin­ gendem Potential auch bei eingeschaltetem Einweg­ schalter unterbindet. Der Längsentlastungskonden­ sator ist zwischen die Schalterelektrode mit springendem Potential und jenen Anschluß der Längsent­ lastungsdiode eingefügt, der nicht mit dem Schal­ tungspunkt mit Sperrspannungspotential verbunden ist. Der Querentlastungskondensator ist zwischen die Schalterelektrode mit konstantem Potential und jenen Anschluß der Querentlastungsdiode ein­ gefügt, der nicht an die Schalterelektrode mit springendem Potential angeschlossen ist. Damit erfüllt diese zweite Variante der Entla­ stungsgrundschaltung die erwünschte, im folgenden beschriebene Entlastungsfunktion. Unmittelbar im Anschluß an das Einschalten des Einweg­ schalters wird der Längsentlastungskondensator über den Einwegschalter selbst, die Ladedrossel und die Ladediode aus dem Querentlastungskonden­ sator so aufgeladen, daß jene Elektrode des Längs­ entlastungskondensators, an welche die beiden Dioden angeschlossen sind, gegenüber dem anderen, mit der Schalterelektrode mit springendem Poten­ tial verbundenen Anschluß des Längsentlastungs­ kondensators eine Spannung aufweist, welche nähe­ rungsweise so groß ist wie jene Sperrspannung, welche die Schalterelektrode mit springendem Potential gegenüber der Schalterelektrode mit konstantem Potential nach Abschluß des Abschalt­ vorgangs des Einwegschalters annimmt. Während dieses Aufladevorgangs des Längsentlastungskon­ densators geht die Spannung am speisenden Quer­ entlastungskondensator, welche zu Beginn dieses Vorgangs näherungsweise so groß wie jene Sperrspannung, welche die Schalterelektrode mit springendem Potential gegenüber der Schalterelektrode mit konstantem Potential nach Abschluß des vorangegangenen Abschaltvorgangs des Einwegschal­ ters annahm, näherungsweise auf den Wert Null zurück.

Wird nun das nächste Abschalten des Einwegschalters durch rasche Erhöhung des zwischen seinen Hauptstromelektroden wirksamen Widerstands einge­ leitet, 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 Querentlastungs­ kondensator 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 Verlustleistungsbeanspruchung beim Abschalten ent­ lastet wird und es ist gegenüber der Entlastungs­ grundschaltung eine Verbesserung des Entlastungs­ effekts 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 Umladevor­ gangs aber in Reihe geschaltet sind.

Fig. 7 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Fig. 1a nach Erweiterung um die vorstehend beschriebene zweite Variante der Entlastungsgrund­ schaltung, bestehend aus der Längsentlastungs­ diode (31), der Ladediode (32), der Ladedrossel (33), der Querentlastungsdiode (34), dem Längsentlastungs­ kondensator (35) und dem Querentlastungskondensator (36).

Bei der vorstehenden Beschreibung der Entlastungs­ funktion dieser zweiten Variante der Entlastungs­ grundschaltung wurde vorausgesetzt, daß der Ein­ wegschalter (3) jeweils vor dem Nullwerden des Stromes durch die Speicherdrossel (16) oder un­ mittelbar im Anschluß an das Erreichen dieses Zustands wieder eingeschaltet wird oder daß durch eine zusätzliche Hauptstromdiode verhindert wird, daß elektrische Ladung aus dem Querent­ lastungskondensator (36) über den Längsentla­ stungskondensator (35) in die Gleichspannungs­ quelle (1) zurückfließen kann.

Ist nicht mindestens eine dieser beiden Voraus­ setzungen gegeben, so kommt es nach dem Null­ werden des Stromes durch die Speicherdrossel (16) zu einer vorzeitigen Aufladung des Längsentla­ stungskondensators (35) und zu einer vorzeitigen Entladung des Querentlastungskondensators (36). Dabei erfolgt die vorzeitige Aufladung des Längs­ entlastungskondensators (35) aus dem Querentla­ stungskondensator (36) (welcher dabei entladen wird) über die Ladedrossel (33), die Ladediode (32), die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungs­ quelle (1).

Eine derartige vorzeitige Aufladung des Längs­ entlastungskondensators und Entladung des Quer­ entlastungskondensators über die Gleichspannungs­ quelle (1) ist unerwünscht, weil dann - insbe­ sondere bei hohen Schaltfrequenzen - erhebliche elektrische Leistung wieder in die an sich spei­ sende Gleichspannungsquelle zurückgeschafft wird. Des weiteren ist sie unerwünscht, weil dabei der Querentwicklungskondensator nicht vollständig entladen und der Längsentlastungskondensator nicht voll auf die erwünschte Endspannung (hier: U _a) aufgeladen wird und der erwünschte Ladezustand dieser Kondensatoren sich dann auch im Anschluß an das nächste Wiedereinschalten des Einweg­ schalters (3) nicht mehr einstellt und infolgedessen der anschließende Entlastungsvorgang beim Abschalten nicht mehr korrekt abläuft.

Wie bereits angedeutet, läßt sich dieser Effekt durch die Einfügung einer zusätzlichen Hauptstrom­ diode vermeiden. Dies kann wieder in verschiedener Weise ausgeführt werden, wofür nachstehend drei Realisierungsbeispiele aufgeführt seien.

Als erstes Realisierungsbeispiel diene die An­ ordnung nach Fig. 8, bei welcher in die Anordnung nach Fig. 7 eine zusätzliche Hauptstrom­ diode (37) in den zum Einwegschalter (3) führenden Querpfad eingefügt ist, derart, daß keine elek­ trische Ladung aus dem Querentlastungskonden­ sator (36) über den Längsentlastungskondensator (35) in die Gleichspannungsquelle (1) zu­ rückfließen kann.

Als zweites Realisierungsbeispiel dieser Art diene die Anordnung nach Fig. 9. Sie zeigt einen potentialtrennenden Gleichstromdurchfluß­ wandler mit zwei Einwegschaltern (38), zwei sogenannten Petersendioden (39), einem Einphasen­ transformator (40), einer Stromanstiegs-Begren­ zungsdrossel (41) in Reihe zu dessen Primärwick­ lung (42), zwei Gleichrichterdioden (43), einer ausgangsseitigen Glättungsdrossel (44) und einem ausgangsseitigen Glättungskondensator (45). Die untere Gleichspannungsschiene bzw. der hiermit galvanisch verbundene Punkt P₁ ist der Schal­ tungspunkt mit Sperrspannungspotential für den oberen Einwegschalter, die obere Gleichspan­ nungsschiene bzw. der mit ihr galvanisch verbundene Punkt P₂ ist der Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential für den unteren Einweg­ schalter; entsprechend sind die drei Außenan­ schlüsse der beiden Entlastungsschaltungen - be­ stehend aus den Bauelementen 31 bis 36 - in die Gesamtanordnung eingefügt. Das Zurückfließen elektrischer Ladung aus den beiden Querentla­ stungskondensatoren (36) über die Längsentlastungs­ kondensatoren (35) in die Gleichspannungsquelle­ (1) wird durch die zusätzlich eingebrachte Hauptstromdiode (46) verhindert.

Als drittes Realisierungsbeispiel dieser Art diene die Anordnung nach Fig. 10. Sie zeigt die Ersatzdarstellung (47) des Ankerkreises einer fremderregten Gleichstrommaschine, welcher über einen elektronischen Einwegschalter (48) aus einer Gleichspannungsquelle (1) mit quasistetig einstellbarer Leistung versorgt wird. Die links oben skizzierte Drossel (49) berücksichtigt die unvermeidbare Induktivität der Zuleitungen. Antiparallel zum Ankerkreis (47) der Gleich­ strommaschine ist eine Freilaufdiode (50) ge­ schaltet. Q ist der Punkt mit Sperrspannungs­ potential für den Einwegschalter (48). Dieser Punkt ist hier mit Hilfe der Vorladediode (51), der Hauptladediode (52), einem Kondensator (53) sowie dem aus einem Ohmwiderstand (54) und einer Glättungsdrossel (55) gebildeten Rücklade­ zweig ergänzend gebildet. Mit der Eingangselek­ trode E des Einwegschalters (48), dessen Aus­ gangselektrode A und dessen Punkt mit Sperr­ spannungspotential Q sind die drei Außenan­ schlüsse der Entlastungsschaltung - bestehend aus den Bauelementen 31 bis 36 - verbunden. Das Zurückfließen elektrischer Ladung aus dem Querentlastungskondensator (36) über den Längs­ entlastungskondensator (35) in die Gleichspan­ nungsquelle (1) wird durch die zusätzlich einge­ brachte Hauptstromdiode (56) verhindert. Wie bereits an früherer Stelle erwähnt, sind solche zusätzlichen Dioden im Hauptstromkreis wegen der durch sie hervorgerufenen Verluste aber meist unerwünscht. Dies gilt insbesondere für Schaltungen mit niedrigem Spannungs­ pegel.

Gemäß der hiermit vorgelegten Zusatzerfindung wird die vorzeitige Aufladung des Längsentlastungs­ kondensators und gleichzeitige Entladung des Querentlastungskondensators über die Gleich­ spannungsquelle (1) ohne eine zusätzliche Haupt­ stromdiode dadurch verhindert, daß die Lade­ dioden durch einen elektrischen oder elektroni­ schen, in Rückwärtsrichtung sperrenden, ein­ schaltbaren Einwegschalter ersetzt werden, wobei letzterer mit dem Einschalten des zu entlastenden Ein­ wegschalters (3) vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzt wird und dann solange leitend bleibt, bis das Aufladen des Längsentla­ stungskondensators (35) und das Entladen des Querentlastungskondensators (36) abgeschlossen ist. Bereits genannte Beispiele für derartige elektrische oder elektronische, in Rückwärts­ richtung sperrende, einschaltbare Einwegschalter sind Thyristoren, abschaltbare Thyristoren (Gate-Turn-off-Thyristoren), als Schalter be­ triebene Transistoren mit nachgeschalteter Diode sowie im Einwegbetrieb eingesetzte Schalter mit mechanischer Kontaktgabe.

Fig. 11 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Fig. 1b nach Erweiterung um die in dem Deutschen Patent 26 41 183 vor­ gestellte zweite Variante der Entlastungsgrund­ schaltung und nach Ersetzung der dort ur­ sprünglich enthaltenen Ladediode durch einen mit gleicher Durchlaßrichtung eingesetzten Thyristor (57), welcher jeweils beim Einschalten des Einwegschalters (3) gezündet wird. Bis im Anschluß an das nachfolgende Abschalten des Einwegschalters (3) der Strom durch die Speicher­ drossel (16) gegebenenfalls zu Null ge­ worden ist, befindet sich der Ladethyristor (57) wieder im sperrenden Zustand, so daß die weiter vorn beschriebene vorzeitige Aufladung des Längs­ entlastungskondensators (35) sowie die gleich­ zeitige Entladung des Querentlastungskonden­ sators (36) über die Gleichspannungsquelle (1) vermieden wird.

Fig. 12 zeigt ebenfalls beispielhaft den poten­ tialtrennenden Gleichstromdurchflußwandler aus Fig. 9 nach Herausnehmen der dort früher eingeführten zusätzlichen Hauptstromdiode (46) und nach Ersetzung der dort ursprünglich ent­ haltenen Ladedioden (32) durch je einen mit gleicher Durchlaßrichtung eingesetzten Thyri­ stor (58), wobei diese Thyristoren jeweils beim Einschalten der beiden Einwegschalter (3) ge­ zündet werden. (In dieser speziellen Gesamt­ anordnung würde das angestrebte Ziel aber auch bereits dann erreicht, wenn nur eine der beiden Ladedioden (32) durch einen Ladethyristor (58) ersetzt würde.)

Fig. 13 zeigt als weiteres Beispiel die Gleich­ stromstellerspeisung einer fremderregten Gleich­ strommaschine aus Fig. 10 nach Herausnahme der dort früher eingeführten zusätzlichen Hauptstrom­ diode (56) und nach Ersetzung der dort ursprünglich enthaltenen Ladediode (32) durch einen mit gleicher Durchlaßrichtung eingesetzten Thyristor (59), wobei dieser Thyristor jeweils beim Einschalten des Einwegschalters (3) ge­ zündet wird.

Als dritte Variante der Entlastungsgrundschaltung beschreibt das Deutsche Patent 26 41 183 schließlich eine Anordnung, welche entsteht, wenn in der ersten Variante der Entlastungsgrundschaltung der eingangsseitige und der ausgangsseitige Längsentlastungskondensator jeweils entfernt werden, und jene Anschlüsse, zwischen denen der eingangsseitige Längsentlastungskondensator eingefügt war, miteinander verbunden werden, sowie jene Anschlüsse, zwischen denen der ausgangsseitige Längsentlastungskondensator eingefügt war, ebenfalls miteinander verbunden werden, sowie die eingangsseitige Längsentlastungsdiode und die ausgangsseitige Längsentlastungsdiode er­ satzlos herausgenommen werden. Die so entstehende dritte Variante der Entlastungsgrundschaltung be­ sitzt nur noch zwei Außenanschlüsse, das Teilnetz­ werk mit den eingangs beschriebenen Eigenschaften ist dann nicht mehr erforderlich.

Gemäß der mit dem Deutschen Patent 26 41 183 vorgestellten Erfindung wird bei der dritten Variante der Entlastungsgrund­ schaltung 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 eingangsseitige Entladediode, die eingangsseitige Entladedrossel, die Entlastungs­ diode, die ausgangsseitige Entladedrossel und die ausgangsseitige Entladediode aufeinander folgen, wobei die Anschlußrichtung aller drei Dioden ein­ heitlich und so gewählt ist, daß jede Diode für sich - auch bei einem Kurzschließen der beiden anderen - einen kontinuierlichen Stromfluß von der Eingangs­ elektrode des Einwegschalters zu dessen Ausgangselektrode über diesen Pfad unterbindet. Einer der beiden Ent­ lastungskondensatoren - der eingangsseitige Entla­ stungskondensator - ist zwischen die Eingangselektrode des Einwegschalters und die Anode der Ent­ lastungsdiode, der zweite Entlastungskondensator - der ausgangsseitige Entlastungskondensator - ist zwischen die Ausgangselektrode des Einwegschalters und die Kathode der Entlastungsdiode einge­ fügt.

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 Ent­ ladedrosseln und die beiden Entladedioden so weit ent­ laden, bis die an ihnen liegenden Spannungen etwa den Wert Null angenommen haben. Anschließend fließt im Entlastungsnetzwerk ein Kreisstrom über die Entlastungsdiode, die eingangsseitige Entlade­ drossel, die eingangsseitige Entladediode, den Einwegschalter, die ausgangsseitige Entladediode und die ausgangsseitige Entladedrossel zur Entla­ stungsdiode zurück.

Wird nun das nächste Abschalten des Einwegschalters durch rasche Erhöhung des zwischen seinen Haupt­ stromelektroden liegenden Widerstands eingeleitet, so kann die Spannung zwischen diesen Hauptstrom­ elektroden nur so rasch anwachsen, wie die beiden Entlastungskondensatoren von dem zuvor über den Einwegschalter geflossenen Strom wieder aufgeladen werden. Bei genügend großer Kapazität der Ent­ lastungskondensatoren ist der Strom durch den Ein­ wegschalter dann bereits auf unerhebliche Werte abgesunken, bevor die Spannung zwischen den Haupt­ stromelektroden des Einwegschalters einen nennens­ werten Betrag angenommen hat. Damit ist erreicht, daß der Einwegschalter von seiner Verlustleistungs­ beanspruchung beim Abschalten entlastet wird und die Funktionsfähigkeit der Entlastungsanord­ nung auch bei kleiner werdenden Lastströmen durch den Einwegschalter voll erhalten bleibt.

Fig. 14 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Fig. 1a nach Erweiterung um die vorstehend beschriebene dritte Variante der Entlastungsgrund­ schaltung, bestehend aus der eingangsseitigen Ent­ ladediode (60), der eingangsseitigen Entladedrossel (61), der Entlastungsdiode (62), der ausgangs­ seitigen Entladedrossel (63), der ausgangsseitigen Entladediode (64), dem eingangsseitigen Entlastungs­ kondensator (65) und dem ausgangsseitigen Entla­ stungskondensator (66).

Bei der vorstehenden Beschreibung der Entla­ stungsfunktion dieser dritten Variante der Ent­ lastungsgrundschaltung wurde wieder vorausge­ setzt, daß der Einwegschalter (3) jeweils vor dem Nullwerden des Stromes durch die Speicher­ drossel (16) oder unmittelbar im Anschluß an das Erreichen dieses Zustands wieder eingeschaltet wird oder daß durch eine bzw. mehrere zusätzliche Hauptstromdioden verhindert wird, daß elek­ trische Ladung aus den beiden Entlastungskonden­ satoren in die Gleichspannungsquelle (1) zurück­ fließen kann oder daß die Spannung U _o der Gleichspannungsquelle (1) mindestens halb so groß ist wie die Spannung U _a des rechts anzuschließenden Gleichspannungssystems.

Ist nicht mindestens eine dieser Voraussetzungen gegeben, so kommt es nach dem Nullwerden des Stromes durch die Speicherdrossel (16) zu einer vorzeitigen Entladung der beiden Entlastungskondensatoren (65) und (66). Dabei erfolgt die vorzeitige Entladung des eingangsseitigen Entlastungskonden­ sators (65) über die ausgangsseitige Entladediode (64), die ausgangsseitige Entladedrossel (63), die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungs­ quelle (1) und die vorzeitige Entladung des aus­ gangsseitigen Entlastungskondensators (66) über die eingangsseitige Entladedrossel (61), die eingangs­ seitige Entladediode (60), die Speicherdrossel (16) und die Gleichspannungsquelle (1).

Eine derartige vorzeitige Entladung der Entlastungs­ kondensatoren über die Gleichspannungsquelle (1) ist unerwünscht, weil dabei - insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen - erhebliche elektrische Leistung wieder in die an sich speisende Gleich­ spannungsquelle zurückgeschafft wird.

Wie bereits erwähnt, läßt sich dieser Effekt durch die Einfügung einer oder mehrerer zusätzlicher Hauptstromdioden vermeiden. Dies kann wieder in verschiedener Weise ausgeführt werden. Lediglich als ein Realisierungsbeispiel sei die Anordnung nach Fig. 15 aufgeführt, bei welcher in die An­ ordnung nach Fig. 14 eine zusätzliche Hauptstrom­ diode (67) unmittelbar mit der Speicherdrossel (16) und der Gleichspannungsquelle (1) in Reihe einge­ fügt ist, derart, daß kein Strom in die Gleich­ spannungsquelle (1) zurückfließen kann. Solche zusätzlichen Dioden im Hauptstromkreis sind - wie bereits wiederholt erwähnt - wegen der durch sie hervorgerufenen Verluste aber meist unerwünscht. Dies gilt insbesondere für Schaltungen mit niedrigem Spannungspegel.

Gemäß der hiermit vorgelegten Zusatzerfindung wird die vorzeitige Entladung der Entlastungs­ kondensatoren über die Gleichspannungsquelle (1) ohne eine zusätzliche Hauptstromdiode dadurch ver­ hindert, daß die beiden Entladedioden (60) und (64) durch je einen elektrischen oder elektroni­ schen, in Rückwärtsrichtung sperrenden, einschaltbaren Einwegschalter ersetzt werden, wobei letztere mit dem Einschalten des Einwegschalters (3) vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzt werden und dann so lange leitend bleiben, bis das Entladen der beiden Entlastungskondensatoren (65) und (66) abgeschlossen ist. Bereits wiederholt genannte Beispiele für derartige elektrische oder elektronische, in Rückwärtsrichtung sperrende, einschaltbare Einwegschalter sind Thyristoren, abschaltbare Thyristoren (Gate-turn-off-Thyristo­ ren), als Schalter betriebene Transistoren mit nachgeschalteter Diode sowie im Einwegbetrieb eingesetzte Schalter mit mechanischer Kontakt­ gabe.

Fig. 16 zeigt beispielhaft den Hochsetzsteller aus Fig. 1a nach Erweiterung um die in dem Deutschen Patent 26 41 183 vor­ gestellte dritte Variante der Entlastungsgrund­ schaltung und nach Ersetzung der dort ursprünglich enthaltenen Ladedioden durch mit gleicher Durch­ laßrichtung eingesetzte Thyristoren (68) und (69), welche jeweils beim Einschalten des Ein­ wegschalters (3) gezündet werden. Bis im Anschluß an das nachfolgende Abschalten des Einwegschalters (3) der Strom durch die Speicherdrossel (16) gegebenenfalls zu Null geworden ist, befinden sich sowohl der eingangsseitige Entladethyri­ stor (68) als auch der ausgangsseitige Entlade­ thyristor (69) wieder im sperrenden Zustand, so daß die weiter vorn beschriebene vorzeitige Entladung der Entlastungskondensatoren über die Gleichspannungsquelle (1) vermieden wird.

Abschließend ist in dem Deutschen Patent 26 41 183 erläutert, daß es sehr vor­ teilhaft sein kann, die Entlastungsgrundschaltung oder ihre dritte Variante mit der ersten oder zweiten Variante der Entlastungsgrundschaltung an ein- und demselben Einwegschalter zu kombi­ nieren.

Dies gilt völlig entsprechend für die mit dem vorliegenden Zusatzpatent vorgestellten Anord­ nungen, bei welchen eine eventuelle vorzeitige Aufladung und/oder Entladung der Entlastungskon­ densatoren über die Gleichspannungsquelle ohne zusätzliche Hauptstromdioden dadurch verhindert wird, daß die in den Anordnungen gemäß dem Deutschen Patent 26 41 183 enthaltenen La­ dedioden bzw. Entladedioden durch elektrische oder elektronische, in Rückwärtsrichtung sperrende, einschaltbare Einwegschalter ersetzt werden.

Lediglich beispielhaft für solche Kombinationen zeigt Fig. 17 den Hochsetzsteller aus Fig. 1a nach Erweiterung um die zweite Variante der Ent­ lastungsgrundschaltung (vergleiche hierzu Fig. 7) und zusätzlicher Ergänzung um die dritte Variante der Entlastungsgrundschaltung (vergleiche hierzu Fig. 14) sowie nach Ersetzung der dort ursprünglich enthaltenen Ladediode sowie Entladedioden durch mit gleicher Durchlaßrichtung eingesetzte Thyristoren, den Ladethyristor (70) sowie die beiden Entladethyristoren (71) und (72), welche sämtlich jeweils beim Einschalten des Einwegschal­ ters (3) gezündet werden.

Claims (10)

1. Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung unidirektional stromdurchflossener Schalter (3) von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten mittels eines in die Gesamtschaltung, in welcher der Einwegschalter betrieben wird, eingefügten Entlastungsnetzwerk, wobei zwischen vier Punkte der Gesamtschaltung ein elektrisches Entlastungsnetzwerk eingefügt ist, welches aus einer eingangsseitigen Ladedrossel und einer ausgangsseitigen Ladedrossel mit etwa gleich großer Induktivität, einer eingangsseitigen Entlastungsdiode und einer ausgangsseitigen Entlastungsdiode, einer eingangsseitigen Ladediode und einer ausgangsseitigen Ladediode, einer Querstromdiode, zwei Kondensatoren mit etwa gleich großer Kapazität, und zwar einem eingangsseitigen Entla­ stungskondensator und einem ausgangsseitigen Entlastungskondensator, sowie zwei weiteren Kondensatoren mit unter sich wiederum etwa gleich großer Kapazität, und zwar einem eingangsseitigen Stützkondensator und einem ausgangsseitigen Stützkondensator, besteht, und wobei die Kathode der eingangsseitigen Entla­ stungsdiode an einen Punkt der Gesamtschaltung, nämlich der Zuflußelektrode angeschlossen ist, welcher unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Schalters mit jener Hauptstromelektrode des Schalters, nämlich der Eingangs­ elektrode, über welche der Strom in den Schalter eintritt, elektrisch leitend verbunden ist, und wobei die Anode der ausgangsseitigen Entlastungsdiode an einen Punkt der Gesamtschaltung, nämlich der Abflußelektrode angeschlossen ist, welcher unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Schalters mit jener Hauptstromelektrode des Schalters, nämlich die Ausgangselektrode, über welche der Strom aus dem Schalter austritt, elektrisch leitend verbunden ist, und wobei die Zuflußelektrode sowie die Abflußelektrode im leitenden Zustand des Schalters von dessen Hauptstromelektroden über Dioden elektrisch getrennt sind, und wobei die Zuflußelektrode gegenüber der Abflußelektrode eine weit­ gehend konstante Spannung aufweist, und wobei von der Anode der eingangs­ seitigen Entlastungsdiode zur Kathode der ausgangsseitigen Entlastungsdiode ein Pfad besteht, in welchem nacheinander die eingangsseitige Ladediode, die eingangsseitige Ladedrossel, die Querstromdiode, die ausgangsseitige Ladedros­ sel und die ausgangsseitige Ladediode aufeinander folgen, wobei die Anschluß­ richtungen aller Dioden dieses Pfads einheitlich und so gewählt sind, daß jede Diode für sich - auch bei einem Kurzschließen aller anderen - einen kontinu­ ierlichen Stromfluß über diesen Pfad von der genannten Zuflußelektrode zur genannten Abflußelektrode unterbindet, und wobei der eingangsseitige Entla­ stungskondensator zwischen die Eingangselektrode des Schalters und die Anode der eingangsseitigen Entlastungsdiode eingefügt ist, und wobei der ausgangs­ seitige Entlastungskondensator zwischen die Ausgangselektrode des Schalters und die Kathode der ausgangsseitigen Entlastungsdiode eingefügt ist, und wobei der eingangsseitige Stützkondensator zwischen die Eingangselektrode des Schal­ ters und die Anode der Querstromdiode eingefügt ist, und wobei der aus­ gangsseitige Stützkondensator zwischen die Ausgangselektrode des Schalters und die Kathode der Querstromdiode eingefügt ist, nach Patent 26 41 183, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzeitige Aufladung der Entlastungskondensatoren (12, 13) über die Gleichspannungsquelle (1) dadurch verhindert wird, daß die beiden Ladedioden durch je einen elektrischen oder elektronischen, in Rück­ wärtsrichtung sperrenden, einschaltbaren Einwegschalter (18, 19, 29, 30) ersetzt werden, wobei letztere mit dem Einschalten des Schalters (3) vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzt werden und dann so lange leitend bleiben, bis das Aufladen der Entlastungskondensatoren (12, 13) abgeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn in der ursprünglichen Gesamtschaltung, in welcher der Schalter betrieben wird, kein Teilnetzwerk mit zwei Schaltungspunkten enthalten ist, von denen einer die Eigenschaften der Zuflußelektrode und der andere die Eigenschaften der Ab­ flußelektrode aufweist, ein solches Teilnetzwerk unter Einfügen weiterer Dioden vervollständigt oder ergänzend hinzugefügt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapa­ zitäten der dort enthaltenen beiden Stützkondensatoren (14, 15) wesentlich größer sind als die Kapazitäten der dort enthaltenen beiden Entlastungskon­ densatoren (12, 13).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten der dort enthaltenen beiden Stützkondensatoren (25, 26) etwa gleich groß sind wie die Kapazitäten der dort enthaltenen beiden Entlastungskondensatoren (23, 24).

5. Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung unidirektional stromdurchflossener Schalter (3) von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten mittels eines in die Gesamtschaltung, in welcher der Schalter be­ trieben wird, eingefügten Entlastungsnetzwerks, wobei zwischen drei Punkte der Gesamtschaltung ein elektrisches Entlastungsnetzwerk eingefügt ist, welches aus einer Ladedrossel, einer Ladediode, einer Längsentlastungsdiode, einer Quer­ entlastungsdiode sowie zwei Kondensatoren mit etwa gleich großer Kapazität, und zwar einem Längsentlastungskondensator und einem Querentlastungskon­ densator besteht, und wobei eine Anschlußelektrode der Querentlastungsdiode mit jener Hauptstromelektrode des Schalters, nämlich der Schalterelektrode mit springendem Potential verbunden ist, die beim Abschalten des über den Schal­ ter fließenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem elektrischen System, in das der Schalter einbezogen ist, erheblich verändert, und wobei eine Anschlußelektrode der Längsentlastungsdiode mit einem Punkt der Gesamt­ schaltung, und zwar dem Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential verbunden ist, welcher gegenüber jener Hauptstromelektrode des Schalters, nämlich der Schalterelektrode mit konstantem Potential, die beim Abschalten des über den Schalter fließenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem elek­ trischen System, in das der Schalter einbezogen ist, weitgehend beibehält, eine Spannung aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie die Sperrspannung, welche die Schalterelektrode mit springendem Potential gegenüber der Schal­ terelektrode mit konstantem Potential nach Abschluß eines Abschaltvorgangs des Schalters aufweist, und wobei die verbleibende Anschlußelektrode der Quer­ entlastungsdiode über die aus der Ladedrossel und der Ladediode gebildete Reihenschaltung mit der verbleibenden Anschlußelektrode der Längsentlastungs­ diode verbunden ist, und wobei in dem damit zwischen der Schalterelektrode mit springendem Potential und dem Schaltungspunkt mit Sperrspannungspo­ tential entstandenen Pfad, in welchem nacheinander die Querentlastungsdiode, die Ladedrossel, die Ladediode und die Längsentlastungsdiode aufeinander folgen, die Anschlußrichtungen aller Dioden dieses Pfads einheitlich und so gewählt, daß jede Diode für sich - auch bei einem Kurzschließen aller anderen - einen kontinuierlichen Stromfluß über diesen Pfad zwischen der Schalterelektrode mit springendem Potential und dem Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential unterbindet, wobei der Längsentlastungskondensator zwischen die Schalterelektrode mit springendem Potential und jene Anschluß­ elektrode der Längsentlastungsdiode eingefügt ist, die nicht mit dem Punkt mit Sperrspannungspotential verbunden ist, und wobei der Querentlastungskondensator zwischen die Schalterelektrode mit konstantem Potential und jene An­ schlußelektrode der Querentlastungsdiode eingefügt ist, die nicht mit der Schalterelektrode mit springendem Potential verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorzeitige Aufladung des Längsentlastungskondensators (35) und gleichzeitige Entladung des Querentlastungskondensators (36) über die Gleichspannungsquelle (1) dadurch verhindert wird, daß die Ladediode durch einen elektrischen oder elektronischen, in Rückwärtsrichtung sperrenden, ein­ schaltbaren Einwegschalter (57, 58, 59) ersetzt wird, der mit dem Einschalten des Schalters (3) vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzt wird und dann solange leitend bleibt, bis das Aufladen des Längsentlastungskondensators (35) und das Entladen des Querentlastungskondensators (36) abgeschlossen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn in der ursprünglichen Gesamtschaltung, in welcher der Schalter betrieben wird, kein belastbarer Schaltungspunkt mit der beschriebenen Eigenschaft des Schaltungs­ punkts mit Sperrspannungspotential vorhanden ist, ein Schaltungspunkt mit diesen Eigenschaften unter Hinzufügen weiterer Dioden ergänzend gebildet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische System das anschließend die Sperrspannungsbeanspruchung des unidirektional stromdurchflossenen Schalters (3) bestimmende System ist.

8. Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung unidirektional stromdurchflossener Schalter (3) von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten mittels eines in die Gesamtschaltung, in welcher der Schalter betrieben wird, eingefügten Entlastungsnetzwerks, wobei zwischen jene Hauptstromelektrode des Schalters, nämlich die Eingangselektrode, über welche der Strom in den Schalter eintritt, und die verbleibende Hauptstromelektrode des Schalters, nämlich die Ausgangselektrode, über welche der Strom aus dem Schalter austritt, ein elektrisches Entlastungsnetzwerk eingefügt ist, welches aus zwei Drosseln mit etwa gleich großer Induktivität, nämlich den Entladedrosseln, aus zwei Dioden, nämlich den Entladedioden, einer dritten Diode, nämlich der Entlastungsdiode sowie aus zwei Konden­ satoren mit etwa gleich großer Kapazität, nämlich den Entlastungskondensatoren besteht, und wobei die Drosseln und Dioden so angeordnet sind, daß von der Eingangselektrode des Schalters zu dessen Ausgangselektrode ein Pfad besteht, in welchem nacheinander die eingangsseitige Entladediode, die ein­ gangsseitige Entladedrossel, die Entlastungsdiode, die ausgangsseitige Entlade­ drossel und die ausgangsseitige Entladediode aufeinanderfolgen, wobei die Anschlußrichtung aller drei Dioden einheitlich und so gewählt ist, daß jede Diode für sich - auch bei einem Kurzschließen der beiden anderen - einen Stromfluß von der Eingangselektrode des Schalters zu dessen Ausgangselektrode über diesen Pfad unterbindet, und wobei der eingangsseitige Entlastungskon­ densator zwischen die Eingangselektrode des Schalters und die Anode der Ent­ lastungsdiode eingefügt ist, und wobei der ausgangsseitige Entlastungskonden­ sator zwischen die Ausgangselektrode des Schalters und die Kathode der Ent­ lastungsdiode eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzeitige Ent­ ladung der Entlastungskondensatoren (65, 66) über die Gleichspannungsquelle (1) dadurch verhindert wird, daß die beiden Entladedioden durch je einen elektrischen oder elektronischen, in Rückwärtsrichtung sperrenden, einschaltbaren Einwegschalter (68, 69) ersetzt werden, wobei letzterer mit dem Einschalten des Schalters vom sperrenden in den leitenden Zustand versetzt werden und dann so lange leitend bleiben, bis das Entladen der beiden Entlastungskondensatoren (65, 66) abgeschlossen ist.

9. Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung unidirektional stromdurchflossener Schalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten mit günstigem Verhältnis von Entlastungseffekt beim Ausschalten des Einwegschalters zu dessen Belastung beim Umladen der Entlastungskondensatoren und guter Eignung für variable, zu schaltende Ströme, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Einrichtung nach Anspruch 3 oder 8 mit einer Ein­ richtung nach Anspruch 4 oder 5-7 an ein- und demselben Schalter (3) kom­ biniert wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einschaltbaren Einwegschalter (18, 19, 29, 30, 57, 58, 59, 68, 69) Thyristoren, ab­ schaltbare Thyristoren (Gate-turn-off-Thyristoren), als Schalter betriebene Tran­ sistoren mit nachgeschalteter Diode oder im Einwegbetrieb eingesetzte Schalter mit mechanischer Kontaktgabe sind.