DE2823538C2 - Gleichspannungs-Wechselspannungswandler - Google Patents
Gleichspannungs-WechselspannungswandlerInfo
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- DE2823538C2 DE2823538C2 DE19782823538 DE2823538A DE2823538C2 DE 2823538 C2 DE2823538 C2 DE 2823538C2 DE 19782823538 DE19782823538 DE 19782823538 DE 2823538 A DE2823538 A DE 2823538A DE 2823538 C2 DE2823538 C2 DE 2823538C2
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- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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- H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
io
15
tiv niedrigen Klirrfaktors mit dem eines hohen Wirkungsgrades,
wobei letzterer durch eine Vergrößerung der Anzahl der Schallstufen weiter erhöht werden kann.
In Verbindung mit einem 400-Hz-Generator als Sollwertgeber ist der Erfindungsgegenstand daher insbesondere
geeignet zur Versorgung von Bordnetzen von Luft-, Land- und Wasserfahrzeugen, da wegen der Empfindlichkeit
derartiger Bordnetze neben einem hohen Wirkungsgrad ein möglichst niedriger Klirrfaktor verlangt
wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung
zeigt
F i g. 1 einen Schaltplan eines Gleichspannungs-Wechselspannungswandlers,
F i g. 2 ein Spannungsdiagramm,
Fig.3 einen Ausschnitt des Spannungsdiagramms
nach F i g. 2, vergrößert
Ein Übertrager 1 weist eine Primärwicklung 2 mit Anzapfungen 3 bis 7 auf. An jede der Anzapfungen 3 bis
7 ist über je eine Sperrdiode 8 bis 12 eine Schaltstufe 13 bis 17 angeschlossen. Jede der Schaltstufen besteht im
wesentlichen aus einem elektronischen Schalter. Die Schaltstufen 13 bis 17 liegen eingangsseitig an einem Pol
18 einer Gleichspannungsquelle, beispielsweise einer Batterie.
Die Schaltstufen 13 und 17 sind von je einem Komparator 19 bzw. 20 steuerbar. Die Schaltstufen 14,15 und
16 sind von Komparatoren 21, 22 bzw. 23 oder 24, 25 bzw. 26 zu steuern.
Die Komparatoren 19 bis 26 weisen Bezugseingänge 27 und Vergleichseingänge 28 auf. Die Bezugseingänge
27 der Komparatoren 19 und 20 liegen auf einem festen Bezugspotential. Die Bezugseingänge der Komparatoren
21, 22 und 23 liegen jeweils am Ausgang des benachbarten
Komparators. Das gleiche gilt für die Komparatoren 24, 25 und 26. Die Vergleichseingänge 28 der
Komparatoren 19 und 20 liegen am Ausgang eines Sollwertgebers 29. Die Vergleichseingänge der Komparatoren
21, 22 und 23 liegen an der Anzapfung 7. Die Vergleichseingänge der Komparatoren 24, 25,26 liegen an
der Anzapfung 3. Die gmeinsam an einer Schaltstufe 14, 15 bzw. 16 liegenden Komparatoren 21, 26 bzw. 22, 25
bzw. 23, 24 sind gegeneinander mittels Sperrdioden 30 bis 35 entkoppelt.
Die Anzapfung 7 ist über die Kollektor-Emitterstrekke
eines Transistors 36 gegen Masse geschaltet. Die Anzapfung 3 ist über die Kollektor-Emitterstrecke eines
Transistors 37 an Masse geschaltet.
Die Basis des Transistors 36 ist über einen Widerstand 38 an einen positiven Ausgang 39 eines Vergleichsverstärkers
40 angeschlossen. Die Basis des Transistors 37 liegt über einen Widerstand 41 an einem
negativen Ausgang 42 des Vergleichsverstärkers 40.
Am einen Eingang 43 des Vergleichsverstärkers 40 liegt der Sollwertgeber 29. Auf den anderen Eingang 44
ist über einen Widerstand 45 die an einer Ausgangsklemme 46 anstehende Spannung gegengekoppelt. Der
Gegenkopplungsfaktor ist durch den Widerstand 45 und einen weiteren Widerstand 47 bestimmt.
45
50
60
Die
Sekundärwicklung 48 des Übertragers 1.
Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltung ist etwa folgende:
Es wird im Beispielsfalle davon ausgegangen, daß der Sollwertgeber eine sinusförmige Spannung abgibt. Sobald
die sinusförmige Spannung den Nullpunkt in positiver Richtung durchläuft, aktiviert derKomparator 19
den Komparator 21 und schaltet die Schaltstufe 13 durch, so daß die Gleichspannung der Klemme 18 auf
die Anzapfung 3 durchgeschaltet ist Die anderen Schaltstufen 14 bis 17 sind gesperrt
Gleichzeitig wird über den Vergleichsverstärker 40 der Transistor 36 angesteuert so daß unmittelbar nach
dem Nulldurchgang des Sollwertgebers 29 ein kleiner Strom über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors
36 fließt. Daraus resultiert eine entsprechende Spannung an der Ausgangsklemme 46. Durch die Gegenkopplung
auf den Eingang 44 des Vergleichsverstärkers 40 ist ein Spannungssprung am Ausgang 46 vermieden.
Die Spannung Ua am Ausgang 46 und die Spannung Ue wa Eingang 43 stehen in der Beziehung:
Ua = KUe,
Ua = KUe,
wobei K der Gegenkopplungsfaktor ist welcher proportional dem Spannungsteilerverhältnis der Widerstände
45,47 ist
Unmittelbar beim Nuljdurchgang der Spannung, solange noch kein Kollektorstrom Ic fließt, ist die an der
Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 36 abfallende Spannung Uce gleich der Batteriespannung Ub- Im Zuge
des Anstiegs der Sinushalbwelle sinkt die Kollektor-Emitterspannung Uce, während der Kollektorstrom Ic
entsprechend ansteigt. In F i g. 3 ist dies dargestellt.
Unter der Wirkung der Gegenkopplung wird im Zuge des Anstiegs der positiven Sinushalbwelle die Kollektor-Emitterspannung
Uce reduziert wobei zwischen den Anzapfungen 3 und 7 der Spannungsverlauf U\ nach
F i g. 3 auftritt. Sobald diese Spannung auf den Wert der Batteriespannung Ub angestiegen ist, ist die Kollektor-Emitterspannung
Uce Null, so daß der aktivierte Komparator 21 jetzt die Schaltstufe 14 durchschaltet. Dieser
Schaltpunkt ist in den F i g. 2 und 3 mit 2 bezeichnet. Die Kollektor-Emitterspannung steigt sprungartig auf einen
Wert an, der gleich der Spannungsdifferenz ist, welche in diesem Zeitpunkt zwischen der Betriebsspannung
und der zwischen den Anzapfungen 4 und 7 abfallenden Spannung besteht. Dementsprechend steigt auch der
Strom Io Anschließend wird unter der Wirkung der
Gegenkopplung die Kollektor-Emitterspannung Uce bei gleichzeitiger Erhöhung des Stromes Ic erniedrigt.
Zwischen den Anzapfungen 5 bzw. 6 und 7 stehen die Spannungen t/3 bzw. t/4 an.
Durch das Schalten des Komparators 21 ist gleichzeitig der Komparator 22 aktiviert, so daß sich die beschriebenen
Schaltvorgänge anschließend bei der Schaltstufe 15 (vgl. Schaltpunkt 3 in F i g. 2 und 3) wiederholen.
Das gleiche gilt später für die Schaltstufe 16 (vgl. Schaltpunkt 4 in F i g. 2 und 3).
Beim Abfall der positiven Sinushalbwelle des Sollwertgebers 29 schalten die Komparatoren 23,22,21 und
19 nacheinander die Schaltstufen 16, 15, 14 und 13 ab. Die betreffenden Schaltpunkte sind in F i g. 2 mit 5,6,7
und 8 bezeichnet.
Bei der negativen Halbwelle des Sollwertgebers 29 schaltet zunächst über den Komparator 20 dieSchaltstufe
17 ein. Anschließend folgen über die Komparatoren 24, 25 und 26 die Schaltstufen 16, 15 und 14. Die beschriebene
Funktion des Transistors 36 übernimmt in diesem Falle Her Transistor 37. Die betreffenden .Schaltpunkte
sind in F i g. 2 mit 9 bis 15 bezeichnet.
Der Transistor 36 bzw. der Transistor 37 verbraucht einen kleinen Teil der von der Gleichspannungsquelle
an den Wechselspannungsausgang 46 übertragenen Leistung. Dieser kleine Leistungsanteil ergibt sich aus der
Summe der Produkte der Momentanwerte der Spannung Uce und des Stromes Io Dieser verbrauchte Lei-
5 6 I
stungsanteil ist wesentlich kleiner als der einer ver- &
gleichbaren linearen Gegentaktverstärkerschaltung, bei If
der Momentanverlustleistungen in Rechnung gestellt |)
werden müssen, die sich aus dem Produkt der Span- ff
nungskurve Uv und einem der Spannungskurve U\ pro- 5 f,
portionalen Strom ergäben (vgl. F i g. 3). Ersichtlich lie- &
gen bis zum Schaltungspunkt 4 bei der Erfindung die >
Spannungs- und Stromwerte unterhalb der vergleichba- s'.'
ren G rößen. Der Wirkungsgrad der Schaltung nach der- %
Erfindung ist demnach wesentlich größer als in ver- io ?'i
gleichbaren Fällen. Er läßt sich durch weitere Anzapfun- %
gen und Schaltstufen weiter erhöhen. Je mehr Anzap- -^
fungen und Schaltstufen vorgesehen sind, desto stärker ||
wird sich der Verlauf der Kollektor-Emitterspannung |s»
Uct dem Achsenkreuz in F i g. 3 nähern und desto star- 15 ||
ker wird sich der Verlauf des Kollektorstromes Ic der |J
durch Punkte A, B,C, D in F i g. 3 gehenden Kurve /c» jp|
nähern. f'ij
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 20
25 ig!
i-i
40 ;
45 Φ
Claims (1)
1 2
Pate tansDrüche- ^'e E^ndung betrifft einen Glekhspannungs-Wech-
" selspannungswandler nach dem Oberbegriff des An-
1. Gleichspannungs-Wechselspannungswandler Spruchs 1.
mit mehreren Schaltstufen, die jeweils zwischen dem Ein derartiger Wandler ist in der US-PS 35 39 902
einen Pol einer Gleichspannungsquelle und einem 5 beschrieben. Dieser arbeitet mit einer einzigen Gleich-Abgriff
einer mehrfach unterteilten Primärwicklung Spannungsquelle. Die Leistung dieser Gleichspannungseines
Ausgangstransformators liegen, wobei der an- quelle wird mit hohem Wirkungsgrad in eine Wechseldere
Pol der Gleichspannungsquelle mit einem ande- spannung gewandelt Je mehr Schaltstufen vorgesehen
ren Abgriff verbunden ist und Torschaltungen aus- sind, desto höher wird der Wirkungsgrad. Ungünstig ist
gehend vom Spannungsnulldurchgang eines Soll- 10 beim Wandler der US-PS 35 39 902 jedoch, daß jede
wertgebers zunächst eine Schaltstufe und anschlie- Schaltstufe einen gesteuerten Leistungstransistor benößend
nacheinander weitere Schaltstufen zu- bzw. ab- tigt, der möglichst linear arbeiten solL Je höher der Wirschalten,
wenn jeweils die am wirksam eingeschalte- kungsgrad sein soll, desto mehr Steuertransistoren sind
ten Primärwicklungsabschnitt anliegende Spannung erforderlich.
die der Gleichspannungsquelle erreicht und bei 15 In der US-PS 29 59 726 ist ein Gleichspannungs-Rückgang
der Spannung des Sollwertgebers nach Wechselspannungswandler beschrieben, bei dem
deren Maximalwert sich der Vorgang in umgekehr- Schwankungen der Ausgangsspannung ausgeregelt
ter Reihenfolge abspielt, dadurch gekenn- werden sollen. An den der Ubertragerwicklung in Reihe
zeichnet, daß der Sollwertgeber (29) am einen geschalteten Steuertransistoren tritt eine erhebliche
Eingang (43) eines Vergleichsverstärkers (40) liegt 20 Verlustleistung auf, die den Wirkungsgrad des Wandlers
und die Ausgangswechselspannung auf den anderen vermindert Die Ansteuerung der Schaltstufen erfolgt
Eingang (44) des Vergleichsverstärkers (40) gegen- unabhängig von den Steuertransistoren,
gekoppelt ist daß die Schaltstufen (13 bis 17) nicht In der DE-OS 21 08 608 ist ein Wechselrichter beals Leistungsstufen ausgeführt sein müssen, daß in schrieben, "bei dem zwei in Reihe zu einer Übertrager-Reihe zu je einem Ende (7,3) der Primärwicklung (2) 25 wicklung liegende Steuertransistoren vorgesehen sind, des Ausgangstransformators die Kollektor-Emitter- Diese werden von einem Steuerkreis entweder leitend strecken je eines zu denSchaltstufen (13 bis 17) zu- geschaltet oder gesperrt. Einzelne Schaltstufen, die zwisätzlichen Leistungs-Steuertransistors (36, 37) für sehen der Gleichspannungsquelle und Abgriffen der positive bzw. negative Halbwellen geschaltet sind, Übertragerwicklung liegen, sind nicht vorgesehen,
daß die Basen dieser beiden Leistungs-Steuertransi- 30 In der DE-OS 27 10 794 ist ein Gleichspannungsstoren (36, 37) an dem nichtinvertierenden bzw. in- Wechselspannungswandler beschrieben. Bei diesem soll vertierenden Ausgang (39, 42) des Vergleichsver- der Wirkungsgrad durch eine Vieh:ahl von Steuertransistärkers (40) liegen und daß jeweils dann, wenn die stören erhöht werden. Jeder der Steuertransistoren ist Emitter-Kollektorspannung des jeweiligen Steuer- an eine eigene Gleichspannungsquelle angeschlossen, transistors (36,37) einen Minimalwert nahe Null an- 35 Der Einsatz dieser Schaltung ist damit auf Sonderfälle nimmt, eine der Torschaltungen (21, 22, 23, 24, 25, beschränkt. Darüber hinaus begrenzt die Summenspan-26) eine weitere Schaltstufe (14, 15, 16) zu- bzw. nung der Gleichspannungsquellen die erreichbare Maabschaltet, wobei die Schaltstufen (14,15,16) bis zur ximalspannung.
gekoppelt ist daß die Schaltstufen (13 bis 17) nicht In der DE-OS 21 08 608 ist ein Wechselrichter beals Leistungsstufen ausgeführt sein müssen, daß in schrieben, "bei dem zwei in Reihe zu einer Übertrager-Reihe zu je einem Ende (7,3) der Primärwicklung (2) 25 wicklung liegende Steuertransistoren vorgesehen sind, des Ausgangstransformators die Kollektor-Emitter- Diese werden von einem Steuerkreis entweder leitend strecken je eines zu denSchaltstufen (13 bis 17) zu- geschaltet oder gesperrt. Einzelne Schaltstufen, die zwisätzlichen Leistungs-Steuertransistors (36, 37) für sehen der Gleichspannungsquelle und Abgriffen der positive bzw. negative Halbwellen geschaltet sind, Übertragerwicklung liegen, sind nicht vorgesehen,
daß die Basen dieser beiden Leistungs-Steuertransi- 30 In der DE-OS 27 10 794 ist ein Gleichspannungsstoren (36, 37) an dem nichtinvertierenden bzw. in- Wechselspannungswandler beschrieben. Bei diesem soll vertierenden Ausgang (39, 42) des Vergleichsver- der Wirkungsgrad durch eine Vieh:ahl von Steuertransistärkers (40) liegen und daß jeweils dann, wenn die stören erhöht werden. Jeder der Steuertransistoren ist Emitter-Kollektorspannung des jeweiligen Steuer- an eine eigene Gleichspannungsquelle angeschlossen, transistors (36,37) einen Minimalwert nahe Null an- 35 Der Einsatz dieser Schaltung ist damit auf Sonderfälle nimmt, eine der Torschaltungen (21, 22, 23, 24, 25, beschränkt. Darüber hinaus begrenzt die Summenspan-26) eine weitere Schaltstufe (14, 15, 16) zu- bzw. nung der Gleichspannungsquellen die erreichbare Maabschaltet, wobei die Schaltstufen (14,15,16) bis zur ximalspannung.
Amplitude des Spannungsverlaufs des Sollwertge- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung nach
bers (29) eingeschaltet und ab der Amplitude des 40 dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die einen hohen Wir-
Spannungsverlaufs des Sollwertgebers (29) abge- kungsgrad aufweist und bei der die Maximalspannung
schaltet werden. über der Gleichspannung liegen kan, so auszugestalten,
2. Gleichspannungs-Wechselspannungswandler daß die Schaltstufen im Schalterbetrieb arbeiten, um die
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzahl der nötigen Leistungstransistoren niedrig zu
Torschaltungen zur Steuerung der Schaltstufen in 45 halten.
positiven bzw. negativen Halbwellen zwei Gruppen Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Schalvon
Komparatoren (19,21,22,23 bzw. 20,24,25,26) tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die
vorgesehen sind, daß ein erster Komparator (19,20) Merkmale dessen kennzeichnenden Teils gelöst,
jeder Gruppe von dem Sollwertgeber (29) beim Der Sollwertgeber bestimmt die Form der Ausgangs-Nulldurchgang der positiven bzw. der negativen 50 spannung. Über den Vergleichsverstärker, auf den die Halbwelle geschaltet wird und während der positi- Ausgangsspannung gegengekoppelt ist, wird bei positiven bzw. negativen Halbwelle die an dem einen bzw. ven Halbwellen der eine Steuertransistor und bei negaanderen Ende (3,7) der Primärwicklung (2) des Aus- tiven Halbwellen der andere Steuertransistor über die gangstransformators liegende Schaltstufe (13, 17) Schaltstufen stufenweise gesteuert. Die Verlustleistung durchgeschaltet hält und daß die weiteren Kompara- 55 dieser Steuertransistoren, die den Wirkungsgrad der toren jeder Gruppe (21, 22, 23; 24, 25, 26) von dem Leistungsübertragung beeinflußt, wird reduziert. Durch jeweils benachbarten Komparator und dem einen die Verringerung der Verlustleistung wird der Wirbzw, anderen Steuertransistor (36, 37) jeweils bei kungsgrad erhöht. Dies erfolgt unter dem Einfluß der Erreichen der Minimalspannung an dessen Emitter- Gegenkopplung durch zwangsweise Verringerung der Kollektorstrecke gesteuert die weiteren Schaltstu- 60 am betreffenden Steuertransistor abfallenden Kollekfen (14; !5; 16) zunächst nacheinander einschalten tor-Emitterspannung. Hierzu werden die Schaltstufen und dann nacheinander abschalten. nacheinander zu- bzw. abgeschaltet. Der hohe Wir-
jeder Gruppe von dem Sollwertgeber (29) beim Der Sollwertgeber bestimmt die Form der Ausgangs-Nulldurchgang der positiven bzw. der negativen 50 spannung. Über den Vergleichsverstärker, auf den die Halbwelle geschaltet wird und während der positi- Ausgangsspannung gegengekoppelt ist, wird bei positiven bzw. negativen Halbwelle die an dem einen bzw. ven Halbwellen der eine Steuertransistor und bei negaanderen Ende (3,7) der Primärwicklung (2) des Aus- tiven Halbwellen der andere Steuertransistor über die gangstransformators liegende Schaltstufe (13, 17) Schaltstufen stufenweise gesteuert. Die Verlustleistung durchgeschaltet hält und daß die weiteren Kompara- 55 dieser Steuertransistoren, die den Wirkungsgrad der toren jeder Gruppe (21, 22, 23; 24, 25, 26) von dem Leistungsübertragung beeinflußt, wird reduziert. Durch jeweils benachbarten Komparator und dem einen die Verringerung der Verlustleistung wird der Wirbzw, anderen Steuertransistor (36, 37) jeweils bei kungsgrad erhöht. Dies erfolgt unter dem Einfluß der Erreichen der Minimalspannung an dessen Emitter- Gegenkopplung durch zwangsweise Verringerung der Kollektorstrecke gesteuert die weiteren Schaltstu- 60 am betreffenden Steuertransistor abfallenden Kollekfen (14; !5; 16) zunächst nacheinander einschalten tor-Emitterspannung. Hierzu werden die Schaltstufen und dann nacheinander abschalten. nacheinander zu- bzw. abgeschaltet. Der hohe Wir-
3. Gleichspannungs-Wechselspannungswandler kungsgrad ist mit nur zwei Leistungstransistoren ernach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reicht.
weiteren Komparatoren (21,26 bzw. 22,25 bzw. 23, 65 Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
24) beider Gruppen jeweils die gleiche Schaltstufe sich aus den Unteransprüchen.
(14 bzw. 15 bzw. 16) steuern. Der erfindungsgemäße Gleichspannungs-Wechselspannungswandler
vereint dabei den Vorteil eines rela-
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782823538 DE2823538C2 (de) | 1978-05-30 | 1978-05-30 | Gleichspannungs-Wechselspannungswandler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782823538 DE2823538C2 (de) | 1978-05-30 | 1978-05-30 | Gleichspannungs-Wechselspannungswandler |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2823538A1 DE2823538A1 (de) | 1979-12-06 |
DE2823538C2 true DE2823538C2 (de) | 1986-12-04 |
Family
ID=6040532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782823538 Expired DE2823538C2 (de) | 1978-05-30 | 1978-05-30 | Gleichspannungs-Wechselspannungswandler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2823538C2 (de) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2959726A (en) * | 1958-10-08 | 1960-11-08 | Honeywell Regulator Co | Semiconductor apparatus |
US3539902A (en) * | 1968-04-29 | 1970-11-10 | Garrett Corp | Static split-phase inverter having sequentially conducting amplifier stages coupled to energize different segments of an output transformer primary winding |
CA917743A (en) * | 1970-02-26 | 1972-12-26 | Kernick Andress | Apparatus for producing a low distortion pulse width modulated inverter output |
JPS52110454A (en) * | 1976-03-12 | 1977-09-16 | Toko Inc | Power controlling system |
-
1978
- 1978-05-30 DE DE19782823538 patent/DE2823538C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2823538A1 (de) | 1979-12-06 |
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