DE2937995A1

DE2937995A1 - Brueckenmischschaltung und verfahren zu deren betrieb

Info

Publication number: DE2937995A1
Application number: DE19792937995
Authority: DE
Inventors: Richard H Baker
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1979-09-20
Publication date: 1980-04-17
Also published as: US4270163A; BE878880A; IT8020709A0; AU5567480A; GB2036466B; CA1143787A; IT1130980B; JPS5543996A; SE7907851L; FR2437102A1; NL7907060A; KR830001698B1; AU529601B2; GB2036466A; BR8001676A; DK71980A; KR830002433A

Description

PATENTANWÄLTE DR. KARL TH. IiEGEL DIPL.-ING.

GROSSE BERGSTRASSE 223 2000 HAMBURG 50 JULIUS-KREIS-STRASSE

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Telegramm-Adresse: Deollnerpatent Mündicn

Ihr Zeidien:

Unser Zeidien: H 2961

8000 München, den 23. August 1979

EXXON RESEARCH AND ENGINEERING COMPANY

P. O. Box 55 Linden, N. J. 07036 V. St. A.

Brückenmischschaltung und Verfahren zu deren Betrieb

03ÖÖ16/Ö8&Ö

Postsdiedckonto: Hamburg 291220-205 · Bank: Dresdner Bank AG. Hamburg, Kto.-Nr. 3813897

ORIGINAL INSPECTED

-Z-

Beschreibung :

Die Erfindung betrifft eine Bruckenmischschaltung und ein Verfahren zu deren Betrieb.

Mischschaltungen herkömmlicher Art erfordern einen oder mehrere Wandler und aufwendige Filterschaltungen, die dazu neigen, die Leistungsfähigkeit und Verläßlichkeit derartiger Schaltungen zu vermindern. Eine Anzahl von Wandlersystemen herkömmlicher Art besitzen in jedem Zweig ihrer Brückenschaltung zwei Transistoren, die in Kaskoden untereinander verbunden sind, wobei die Verbindungen im allgemeinen erforderlich machen, daß die Transistoren sehr genau übereinstimmen müssen in ihren dynamischen wie auch statischen Characteristika, wobei auch die Spannungsgrenzwerte der Transistoren wie z. B. V_CEX (die maximale Kollektor-Emitterspannung mit einer gewissen Rückwärtsregelungsspannung, die an die Basiselektrode gelegt ist) viel größer sein muß als das Niveau der Betriebsspannungen, die über die Brücke gelegt werden, um eine Schädigung der Tranistoren durch Überspannung und eine Verminderte Verläßlichkeit des Systems zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu beheben und eine Mischschaltung von dauerhafter Verläßlichkeit und gleichbleibender Leistungsfähigkeit zu schaffen, die ohne die Verwendung von Transformatoren und Wandlern auskommt. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der

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Erfindung durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in jedem Zweig der Brücke Transistoren angeordnet, deren V-__v-Grenzwerte im wesentlichen dem Niveau der Betriebsspannungen, die über die Brücke gelegt sind, gleich sind. Dies wird erzielt, indem man zwei Transistoren vorsieht, die in Kaskoden innerhalb eines jeden Zweiges der Brücke angeschlossen sind, wobei eine Klemmdiode an die gemeinsame Verbindung zwischen den Transistoren eines jeden Zweiges der Brücke und an einen Punkt eines Bezugspotentiales angeschlossen ist, um im wesentlichen die Spannung über die Kollektor-EmitteieLektroden eines jeden Transistors in dem abgeschalteten Zustand zu begrenzen auf einen Wert, der nicht größer ist als das Niveau der Betriebsspannung, die an die jeweils zugehörige Betriebsspannungsklemme der Brücke angelegt ist. Die mittleren vier Transistoren zusammen mit den jeweils zugeordneten Dioden, die polarisiert sind, um einen einseitig gerichteten Stromleitungsweg zwischen einem Bezugspotential und den zugeordneten Transistoren zu erzeugen, sind so betreibbar, daß sie einen doppel gerichteten torgesteuerten Stromweg zwischen ihren jeweiligen Ausgangsklemmen und den Punkt des Bezugspotentials bilden. Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung sind mehr als zwei Transistoren in Kaskoden in jedem Zweig der Brücke angeschlossen mit Dioden, die individuell von den gemeinsamen Verbindungen zwischen den Transistoren eines jeden Zweiges und unterschiedlichen Klemmen angeschlossen sind zur Aufnahme jeweils unterschiedlicher

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Gleichspannungen, wodurch die V_CEX-Leistungsgrenzwerte der Transistoren wesentlich geringer sein können als die geschalteten Gleichspannungen. Die Transistoren sind in verschiedenen Kombinationen ihrer gesättigten und Abschaltstadien in einer vorbestimmten Folge betreibbar, um die Gleichspannungsbetriebsspannungen, die an die Brücke gelegt sind, in eine gewünschte Wechselspannung umsetzbar sind, zum Anschluß an eine Last, die zwischen die Ausgangsklemmen der Brücke angeschlossen sind. Eine Wechselspannung-Gleichspannungumsetzung ist durch eine Gleichrichterschaltung vorgesehen, um eine Wechselstromeingangsspannung gleichzurichten zur Erzeugung der Gleichstrombetriebsspannungen für die Anlage an die Brücke. Durch die Hinzufügung zusätzlicher Zweige von in Kaskoden angeschlossenen Schaltungen an die Brücke erhält man mehrfasige Wechselstromausgangsspannungen .

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener AusfUhrungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Dabei zeigt im einzelnen:

Figur 1 ein Schematisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 eine typische Spannungswellenform, die gemäß der Erfindung erzeugt wird,

Figur 3 nähere Einzelheiten des in Figur 1 dargestellten schematischen Schaltbildes der Brückenschaltung 70,

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Figur 4 schematische Schaltbilder einer zweiten und dritten und 5

Ausführungsform der Erfindung,

Figur 6 eine typische Wellenform, die durch die Schaltung gemäß Figur 5 erzeugt wird, und

Figur 7 ein schematisches Schaltbild eines transistorisierten Schalters zur Erzeugung jedes einzelnen der Paketwechsel ausschalter gemäß den Ausführungsformen der Erfindung.

Die in Figur 1 dargestellte erste Ausführungsform der Erfindung umfaßt einen Vollweg-Brückengleichrichter mit Eingangsklemmen 1 und 3 zur Aufnahme einer Wechselstromeingangsspannung wie z. B. 240 Volt, 60 Hz, 4 Dioden 5, 7, 9 und 11 sowie zwei Siebkondensatoren 13 und 15. Die neutralen Anschlüsse für die Wechsel stromleitung, die an den Gleichrichter gelegt ist, ist mit einer Quelle eines Bezugspotentia]s verbunden, (Chassis- oder Erdpotential in diesem Beispiel). Wie dargestellt, erzeugt der Gleichrichter eine positive Gleichstrombetriebsspannung mit einem Niveau von +E Volt und eine negative Gleichstrombetriebsspannung mit einem Niveau von -E Volt. Die Betriebsspannungen +E und -E von dem Gleichrichter werden über zwei gekoppelte Paketwechselausschalter 17 und 19 (in den dargestellten Positionen betrieben) an die Betriebsspannungsklemmen 21 bzw. 23 gelegt. Andererseits können die Betriebsspannungen +E und -E direkt von den Gleichspannungsquellen abgeleitet werden, indem man die Schalter 17 und 19 mit ihren Polen an ihre unteren Kontakte anlegt und damit die Batterien 25 und 27 beispielsweise mit den Betriebsspannungsklemmen 21 bzw. 23 verbindet.

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Ebenso wie der Gleichrichter sind die Batterien 25 und 27 in diesem Beispiel auf das Chassis-Erdpotential bezogen. Es ist herauszustellen, daß bei der dargestellten Stellung der gekoppelten Schalter 17 und 19 die Brückenmischschaltung als Gleichstrom-Gleichstromumsetzer arbeitet, während bei der Anlage der Pole der gekoppelten Schalter 17 und 19 an ihren unteren Kontakten die Brückenschaltung als Gleichstrom-Wechselstromumsetzer arbeitet, der üblicherweise als Inverter bezeichnet wird. Jeder Gleichrichter, der in der Lage ist, eine vorbestimmte Wechselspannung gleichzurichten, um positive und negative Gleichspannungen zu erzeugen, die auf eine gemeinsame Quelle eines Bezugspotentials bezogen sind, kann statt der dargestellten Gleichrichterschaltung Verwendung finden, wobei in ähnlicher Weise die Batterien 25 und 27 durch andere Typen von Gleichspannungsquellen ersetzt werden können wie beispielsweise durch Solarzellen, Brennstoffzellen und ähnliches.

Das X-Glied der Mischschaltung umfaßt die Betriebsspannungsklemmen 21 und 23 zur Aufnahme der Betriebsspannungen von +E bzw. -E Volt, in einem oberen Zweig zwei einpolige Ausschalter 29 und 30, die in Reihe zwischen die Klemme 21 und die Ausgangsklemme 41 geschaltet sind, wobei die gemeinsame Verbindungsstelle zwischen diesen Schaltern 29 und 30 über eine Diode 28 an eine Bezugsspannungsklemme 37 angeschlossen ist, die einen Erdungsanschluß besitzt. Der andere obere Zweig des X-Gliedes umfaßt zwei einpolige Ausschalter 31 und 32, die in Reihe zwischen die Betriebsspannungsklemme 21 und eine zweite Ausgangsklemme 43 geschaltet sind.

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wobei die gemeinsame Verbindung zwischen den Schaltern 31 und 32 über eine Diode 45 an die Bezugsspannungsklemme 37 angeschlossen ist. Ein unterer Zweig des X-Gliedes enthält zwei einpolige Ausschalter 33 und 34, die in Reihe zwischen die Ausgangsklemme 41 und die Betriebsspannungsklemme 23 gelegt sind. Die gemeinsame Verbindung zwischen diesen Schaltern 33 und 34 ist über eine Diode 51 an die Bezugsspannungsklemme 37 gelegt. Der andere untere Zweig des X-Gliedes enthält zwei einpolige Ausschalter 35 bzw. 36, die in Reihe zwischen die zweite Ausgangsklemme 43 und die Betriebsspannungsklemme 23 gelegt sind, wobei die gemeinsame Verbindung zwischen diesen Schaltern über eine Diode 57 an die Bezugsspannungsklemme 37 angeschlossen ist. Die einpoligen Ausschalter 29 bis 36 sind zur Vereinfachung der Darstellung als mechanische Schalter gezeigt, wobei jedoch die Schalter auch als elektromechanische Schalter wie etwa als Relais ausgebildet sein können, oder es kann sich um Festkörper-Schaler oder -Schaltkreise handelt, die in der Lage sind, daß sie sich für eine einpolige Ausschalterfunktion steuern lassen. Eine Steuerung 58 ist vorgesehen, um den Betrieb der Schalter 29·bis 36 über die Steuerleitungen 59 bis 66 zu steuern. Außerdem ist eine Lastimpedanz 67 dargestellt, die zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsklemme 33 bzw. 43 geschaltet ist.

Die Mischschaltung gemäß Figur 1 ist in einer Anzahl verschiedener Kombinationen von Betriebszuständen der Schalter 29 bis 36 betreibbar, wobei die primären oder prakti-

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sehen Kombinationen der Betriebszustände dieser Schalter in Tabelle I dargestellt ist. Wie die Tabelle I zeigt, sind in dem Zustand 6 des Umsetzers alle Schalter 29 bis 36 ausgeschaltet, wodurch die Ausgangsklemmen 33 und 43 im wesentlichen von den Spannungsquellen abgeschaltet sind, die durch die Brückenschaltung bereitgestellt werden, wodurch eine Nullspannung über der Last 67 liegt. Diese Kombination der Betriebszustände der Schalter der Brückenschaltung 70 zur Erzielung einer Spannung von 0 Volt über die Last 67 ist lediglich praktisch für Widerstandslasten 67. Wenn die Last 67 einen Blindwiderstand umfaßt wie z. B. einen Induktor oder eine Kombination von Induktanz und Kapazität, sollte die Kombination der Betriebszustände der Schalter der Brückenschaltung 70 sein wie dies für den Umsetzerzustand 1 dargestellt ist, um Null Volt über die Last 67 zu erzielen. Bei dem Umsetzerzustand ist, wie vorher beschrieben, die Kombination der Schalter 30, 32, 33 und 35 sowie derjenige der zugeordneten Dioden 28, 45, 51 und 57 so, daß ein doppelseitig gerichteter Stromweg zwischen jeder Ausgangsklemme 41 und 43 und dem Bezugspotential vorliegt, das an die Klemme 37 angeschlossen ist, wenn diese Schalter geschlossen sind. Somit gestattet der Zustand 1 einer Blindlast,ihre gespeicherte Energie in das Bezugspotential hinein zu entladen, um damit im wesentlichen einen großen Spannungsübergang zu verhindern, der durch ein plötzliches Entfernen einer Stromquelle entstehen würde, durch die Schalter 29 bis 36 von der Blindlast z. B. Beim Übergang vom Umsetzerzustand 1 zum Umsetzerzustand 2 wird der Schalter 29 geschlossen und.

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der Schalter 33 geöffnet, um eine Ausgangsspannung von +E Volt zu erhalten, wodurch der Strom von der Betriebsspannungsklemme 21 durch die Schalter 29 und 30 zur Ausgangsklemme 41 durch die Last 67, die Ausgangsklemme 43, den Schalter 35 und die Diode 37 zum Bezugspotential hin fließt, das an die Klemme 37 angeschlossen ist. Beim Übergang von dem Umsetzerzustand 2 zum Umsetzerzustand 3 wird der Schalter 32 geöffnet und der Schalter 36 geschlossen, wodurch weiterhin +E Volt an die Ausgangsklemme 41 gelegt wird und -E Volt an die Ausgangsklemme 43, wobei ein Strom von der Betriebsspannungsklemme 21 durch die Schalter 29 und 30 über die Last 67, die Schalter 35, 36, die Betriebsspannungsklemme 23 und zur Spannungsquelle fließt, um -E Volt zur Verfugung zu stellen. Im Umsetzerzustand 4 sind die Schalter 32, 33, 34 und 35 geschlossen und die Schalter 29, 30, 31 und 36 geöffnet, wodurch Strom von dem Bezugsspannungspotential, das an die Klemme 37 angeschlossen ist, durch die Diode 45, den Schalter 32, die Ausgangsklemme 43, die Last 67, die Ausgangsklemme 41, die Schalter 33, 34, und die Betriebsspannungsklemme 23 in die Betriebsspannungsquelle hineinfließt, die -E Volt zur Verfügung stellt, wodurch eine Spannung von -E Volt über der Last liegt. Beim Übergang von dem Umsetzerzustand 4 in den Umsetzerzustand 5 ist der Schalter 35 geöffnet und der Schalter 31 geschlossen, wodurch Strom fließt von der Spannungsquelle, die +E Volt zur Verfügung stellt durch die Klemme 21, die Schalter 31, 32, die Ausgangsklemme 43, die Last 67, die Ausgangsklemme 41, die Schalter 43, 44,und die Betriebsspannungsklemme 23 in die Betriebsspannungsquelle hinein,

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die -E Volt zur Verfugung stellt, wodurch -2E Volt über der Last 67 liegen. Es ist noch zu erwähnen, daß bei der Umschaltung aus jedem der Umsetzerzustände 1 bis 6 in irgendeinen anderen Umsetzerzustand die Umschaltung mit Unterbrechung erfolgt, durch die Steuerung 58,um sicherzustellen, daß d-er Umsetzer nie in einen unzulässigen Status gerät, wobei die Spannungsquellen, die +E Volt und -E Volt zur Verfügung stellen, unmittelbar durch die Schalter miteinander kurzgeschlossen sind, was eintreten würde, wenn die Schalter 29, 30, 33 und 34 gleichzeitig geschlossen sind, oder wenn die Schalter 31, 32, 35 und 36 gleichzeitig geschlossen sind.

Umsetzerzustand

Tabelle I

Betriebszustand der Schalter Niveau der Aus-29 30 31 32 33 34 35 36 qanqsspannunq

1 2 3 4 5 6

0 10

110

110 10 0

1 0 1 0

110 0 0 0

0 0 0

0 0

1110 110 0

00000000

+E + 2E -E -2E

Bemerkung:

1. Die Schalter sind offen oder ausgeschaltet in ihrem "0"-Zustand.

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2. Die Schalter sind geschlossen oder eingeschaltet in ihrem "!."-Zustand.

3. Die Ausgangsspannung liegt an den Ausgangsklemmen 41 und 43.

4. Der Umsetzerzustand 6 ist der Ausgangs-Einschaltzustand.

In Figur 2 ist eine typische, durch die vorliegende Brückenmischschaltung erzeugte Wechselstromausgangsspannung dargestellt für eine Periode der Wechselstromwellenform zwischen den Zeiten t^ und t₂₄· Die vier-niveau-abgestufte Wellenform erhält man über die Steuerung 58, die die Brückenschaltung 70 so betreibt, daß das angestrebte Niveau der Ausgangsspannung zwischen den Zeiten t.. bis t₂₄ erreicht wird, wobei der Umsetzer in den Zustand 1 gebracht wird zwischen

t₃, den Zeiten t₂ und t_1Q und t^*, t^₂ ^und ^o> t*. und t^cj t„₂ und t₂₃; in dessen Zustand 2 zwischen den Zeiten t^ und t₂, t₃ und t₄, t₅ und tg, t_? und tg, tg und t^_Q t^ und t₁₂; in seinen Zustand 3 zwischen den Zeiten t- und t,-, tg und t₇, tg und t_g; in seinen Zustand 4 zwischen den Zeiten t₁₃ und t₁₄, t₁₅ und t₁₆, t₁₇ und t₁₈, t^ und t₂₀, t₂₁ und t₂₂, t₂₃ und t₂₄5 in seinen Zustand 5 zwischen den Zeiten t₁₆ und t₁₇, t₁₈ und t^₉, t_2Q und t₂₁, Die Steuerung 58 kann natürlich so eingestellt werden, daß sie die Frequenz der Wechselstromausgangswellenform variiert und in diesem Beispiel zur Veränderung des Abstufungsmusters der Wellenform durch die Variation der Zeitdauer zwischen den einzel-

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nen Zeiten t^ bis t₂₄· Hierbei wird die Fläche unter der Spannungswellenform variiert, wodurch auch eine Variation der Leistung ermöglicht wird, unter welcher die Last liegt. Es können zahlreiche andere Wellenformen erzeugt werden, indem man schrittweise die Brückenschaltung 70 durch vorbestimmte Umsetzerzustände 1 bis 5 hindurch führt. Es ist noch herauszustellen, daß man einen Halbwellenspannungsausgang erzielen kann, indem man jeweils nur ein diagonales Paar der Schalter der Brücke 70 verwendet, wie z. B. das Schalterpaar 29/30 mit dem Schalterpaar 35/36 zur Erzielung einer positiven Halbwellenausgangswellenform, oder über die Schalterpaare 32/32 und 33/34 erhält man eine negative Halbwellenausgangsspannungswellenform.

In Figur 3 ist das X-Glied 70 dargestellt mit NPN-leitenden Transistoren, die die Schalter 29 bis 36 bilden. Unter Bezugnahme auf Tabelle I ist, wenn der individuelle Steuerimpuls, der an jeder einzelnen der Leitungen 59 bis 66 liegt, einen niedrigen Wert einnimmt wie beispielsweise das Bezugspotential oder eine negative Spannung, der Transistor,der mit dieser Leitung verbunden ist, abgeschaltet. Im Gegensatz hierzu ist, wenn der jeweilige Steuerimpuls ein positives Spannungsniveau besitzt (1 VV +1 Diodenabfall), der entsprechende Transistor eingeschaltet,wie dem Fachmann geläufig ist. Die antiparallelen Dioden 72 bis sind über die Schalter 29 bis 36 des X-GliedeS- 70 angeschlossen, um einen bilateralen Stromfluß zwischen dem X-Glied 70 und einer Last zu schaffen. Die Schalter 29 bis 36 des X-Gliedes 70 können durch viele verschiedene Fest-

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körperschaltkreise oder Einrichtungen dargestellt werden, wobei die Ausbildung gemäß Figur 3 keine Eingrenzung darstellt.

In Figur 4 ist eine Dreiphasen-Mischschaltung dargestellt, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung bildet. Diese Dreiphasen-Mischschaltung erhält man, indem man einen dritten Satz einpoliger Ausschalter der Schaltung gemäß Figur 1 hinzufügt. Eine Dreiphasen-Gleichrichterschaltung 80 ist zur Gleichrichtung einer Dreiphasen-Wechselstromeingangsspannung vorgesehen, die an den Klemmen 81 bis 83 anliegt, in die Spannungen +E und -E Volt zur Verfügungstellung der Gleichstrombetriebsspannungen für die Bruckeninverterschaltung. Die Wicklungen eines Dreiphasen-Motors 84 sind an die Phasen A, B und C der Ausgangsklemmen 85 bis 87 z. B. angeschlossen. Der Dreiphasen-Gleichrichter 80 umfaßt 6 Dioden 88, die für eine Vollwellengleichrichtung vorgesehen sind, sowie zwei Siebkondensatoren 89. Jeder obere und untere Zweig der Dreiphasen-Mischschaltung umfaßt ein Paar einpoliger Ausschalter 90 sowie eine Diode 91. Zur Vereinfachung sind die antiparallelen Dioden wie die Dioden 72 bis 79 der Figur 3

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in Figur 4 nicht dargestellt. Sie sollten jedoch vorgesehen sein, wenn Blindlasten durch die Mischschaltung betrieben werden. Es ist noch zu erwähnen, daß die Dreiphasen-Gleichrichterschaltung 80 ersetzt werden kann durch jede Quelle einer Gleichstromspannung, die in der Lage ist, die Betriebsspannungen +E und -E Volt an die Brücke zu legen. Als Steuerung ist beispielsweise der Mikrorechner 92 vorgesehen, der programmiert ist, um die erforderlichen Steuerimpulse zu erzeugen, die durch den Pfeil 93 dargestellt sind, zum

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individuellen Betrieb der Schalter 90 um die Ausgangsimpulse von der Phase A, der Phase B und der phase C zu erzeugen. Die Wellenform für die Ausgangsimpulse, die über oder jeweils zwischen zwei Ausgangsklemmen 85 bis 87 erzeugt werden, sind in Figur 2 als typisch dargestellt. Der Mikrorechner 92 ist für den Betrieb der Schalter 90 programmiert, um eine Ausgangsspannung über die Klemmen 85 und 86 zu erzeugen, die um 120 außer Phase in bezug auf die Ausgangsspannung über die Klemmen 86 und 87 und um 240 ° außer Phase in bezug auf die Ausgangsspannung über die Klemmen 85 und 87 z. B. ist.

Die Brückenmischschaltung gemäß Figur 4 kann soweit ausgedehnt werden, daß sie eine vielphasige Ausgangsspannung zur Verfügung stellt, d. h. mehr als 3 Phasen, indem man zusätzliche obere und untere Zweige mit den Schaltern 90 und den Dioden 91 dem X-Glied hinzufügt. Jeder zusätzliche neue obere und untere Zweig stellt eine weitere Phase zur Verfugung. Außerdem können höhere Gleichstromspannungsniveaus umgesetzt werden in Wechselstromausgangswellenformer höherer Amplitude, indem man zusätzliche Dioden 91 und Schalter 90 jedem Brückenzweig hinzufügt, wie dies erforderlich ist. So ist beispielsweise in Figur 5 eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt mit einer Schaltung zum Kaskodenanschluß einer Vielzahl von Transistoren mit relativ niedriger Spannung zur Schaltung von Spannungen relativ hohen Niveaus für die Umsetzung von Gleichstromspannungen mit einem Niveau von bis zu + 1600 Volt in mehrphasige Wechselstromausgangsspannungen, wobei jede der Kaskodenschalt-

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einrichtungen 94 in den oberen und unteren Zweigen einer jeden Phase der Mischschaltung einen Spannungsgrenzwert von nur 400 Volt besitzt. Im Grunde wird dies in dem positiven Zweige einer jeden Phase erzielt über die Verbindung der Dioden 96 individuell zwischen den gemeinsamen Anschlüssen der Schalter in dem positiven Zweig und den jeweiligen Spannungsklemmen 101 bis 107. In dem negativen Zweig einer jeden Phase erhält man ein vergleichbares Ergebnis über die individuelle Verbindung einer jeden der positiv polarisierten Dioden 98 zwischen den gemeinsamen Anschlüssen der Schalteinrichtungen 94 des negativen Zweiges und den jeweiligen Spannungsklemmen 101 bis 107. Außerdem ist es zusätzlich erforderlich, daß die Schalteinrichtungen 94 in jedem Zweig der Brücke nur in einer aufeinanderfolgenden Ordnung geschlossen werden ausgehend von der Schalteinrichtung 94, die der Ausgangsklemme dieser Phase am nächsten ist bis zur Schalteinrichtung 94, die an der Spannungsklemme angeschlossen ist, die das höchste Spannungsniveau aufnimmt so wie z. B. die Klemme 100, die + 1600 Volt in dem positiven Zweig aufnimmt, und die Klemme 108, die - 1600 Volt in dem nega-tiven Zweig einer jeden Phase der Brücke aufnimmt. Dementsprechend müssen die Schalteinrichtungen 94 in einzelnen Schritten aufeinander geöffnet werden in der entgegengesetzten Ordnung im Hinblick auf ihr Schließen. Unter der Annahme, daß man von einem ausbalancierten System ausgeht, kann im Hinblick auf die Schalteinrichtungen 94 nicht mehr als die Zahl der Schalter in jedem Zweig zu einem bestimmten Zeitpunkt geschlossen sein in den Zweigen einer jeden Phase der Brücke.

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Z. B. sind in der Phase A 8 Schalteinrichtungen 94 in jedem der oberen und unteren Zweige dieser Phase vorgesehen. Dementsprechend ist die Gesamtzahl der Schalter, die in der Phase A in dem oberen und unteren Zweig zu jeder gegebenen Zeit geschlossen werden können, gleich 8. Auf diese Weise können nicht mehr als 400 Volt über jede der Schalteinrichtungen 94 gelegt werden, wodurch die Verwendung von 400 Volt Schalteinrichtungen 94 für die Schaltung von bis zu 1600 Volt ermöglicht wird. Die Wellenform zur Steuerung der Schalter in der Phase A wird an der Ausgangsklemme 110 entwickelt. Die Schaltungen für die Phasen B, C bis zur Nten Bhase sind identisch mit der für die Phase A dargestellten Schaltung. Eine Steuerung 109 wie z. B. ein Mikrorechner ist programmiert für die Erzeugung der Steuerimpulse, die durch den Pfeil 110 dargestellt sind, zur Steuerung des Öffnens und des Schließens der Schalter 94 einer jeden Phase der vorliegenden Brückenmischschaltung zur Erzeugung der angestrebten mehrphasigen Wechselstromausgangsspannungen.

Der Konverter gemäß Figur 5 ist so betreibbar, daß er zwischen den Ausgangsklemmen 112, 114 und 116 die Drei-Phasen-Sinuswellen 118, 120 bzw. 122 erzeugt, wie sie in Figur 6 dargestellt sind. Jede dieser Sinuswellenformen 118, 120 und 122 ist eine schrittweise genäherte Sinuswelle, wie sie für die Wellenform 118 dargestellt ist, während jedoch zur Vereinfachung die Wellenformen 120 und 122 als entsprechende reine Sinuswellen dargestellt sind. Nimmt man an, daß ein Dreiphasenmotor an die Ausgangsklemmen 112, 114 und 116 der Phasen A, B und C angeschlossen ist, wird die

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Wellenform 118 zwischen den Ausgangsklemmen 112 und 114, die Wellenform 120 zwischen den Ausgnangsklemmen 114 und 116 und die Wellenform 122 zwischen den Ausgangsklemmen 112 und 116 erzeugt. Es ist noch zu bemerken, daß, wenn die Amplitude der Spannung über der Last (unter der Annahme einer Blindlast) zu jeder Zeit positiver als die ins Positive gehende Ausgangsspannung der entsprechenden Phase oder negativer als die ins Negative gehende Ausgangsspannung der entsprechenden Phase ist ein Stromfluß durch die Last über die doppelseitigen Stromwege aufrechterhalten wird, die durch die Verbindung der Spannungsquellen, die an die Klemmen 100 bis 108 angeschlossen sind, die jeweils geschlossenen Schalter 94 und die diesen geschlossenen Schaltern 94 zugeordneten Dioden 96 oder 98 gebildet wird. So kann man beispielsweise annehmen, daß an der Ausgangsklemme 112 ein + 400 Voltschritt erzeugt wird über die Schließung der ersten fünf Schalter 94 in dem positiven Zweig der Phase A relativ zur Klemme 112 gleichzeitig mit der Schließung der ersten drei Schalter 94 in dem negativen Zweig relativ zur Klemme 112. Solange die Spannung über der Last, die an die Klemme 112 angeschlossen ist, unterhalb von 400 Volt liegt, fließt ein Strom von der + 400 Volt-Spannungsquelle, die an die Klemme 103 gelegt ist, durch die Diode 96, die mit der gemeinsamen Verbindung zwischen der 5. und 6. Schalteinrichtung 94 verbunden ist, relativ zur Klemme 112 durch die 5 geschlossenen Schalter 94 bis zur Ausgangsklemme 112 und in die Last hinein. Wenn die Spannung über die Last zu diesem Zeitpunkt plötzlich ansteigt infolge eines Überganges bis zu einer Amplitude von mehr als + 400 Volt, fließt ein Strom von der Last in die

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Ausgangsklemme 112 und durch die geschlossenen Schalteinrichtungen 94 in den negativen Zweig durch die Diode 98, die mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen der dritten und vierten Schalteinrichtung in dem negativen Zweig verbunden ist relativ zur Klemme 112 und in die Spannungsquelle hinein, die + 400 Volt an die Klemme 103 legt. Es ist noch zu erwähnen, daß dann, wenn die Schalteinrichtung 94 nicht elektromechanische Schalter sind, wie dies zum Zwecke der Vereinfachung dargestellt ist, sondern wenn es sich um Transistorschalter (wie NPN-Transistören) handelt, dann sind die antiparallelen Dioden (nicht dargestellt) über die Kollektor-Emitterelektroden eines jeden dieser Transistoren angeschlossen zur Bildung des erforderlichen doppelseitigen Stromweges, um einen kontinuierlichen Stromfluß durch die Blindlasten zu ermöglichen, wie dies weiter oben beschrieben worden ist. Mit anderen Worten fließt bei bestimmten Kombinationen von offenen und geschlossenen Zuständen der Schalteinrichtungen 94, wenn jeweils die Spannung über der Last die Amplitude der Ausgangsspannung übersteigt, der notwendige entgegengerichtete Stromfluß durch die Last durch die antiparallelen Dioden,die bestimmten geschlossenen Schaltern zugeordnet sind, zu bestimmten der Spannungsklemmen 100 bis 108 hin oder von diesen weg. Wenn es sich bei einem anderen Beispiel in dem positiven Zweig der Phase A bei allen Schalteinrichtungen 94 um NPN-Transistoren handelt und jeder eingeschaltet ist (geschlossenen Schalter), wird eine Spannung von + 1600 Volt über die Last an der Ausgangsklemme 112 gelegt. Wenn die Spannung über die Last + 1600 Volt überschreitet, fließt ein Strom von der Last durch die Ausgangsklemme 112 und die

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antiparallelen Dioden, die über jede der Schalter 94 in dem positiven Zweig angeschlossen sind, in die Spannungsquelle hinein, die + 1600 Volt an die Klemme 100 legt. Dieser doppelseitig gerichtete Stromfluß wird in einer pardlel laufenden Anmeldung beschrieben.

Jede Zahl einpoliger Ausschalter von 2 bis n/2 kann in Reihe mit jedem oberen und unteren Zweig einer jeden Phase der vorliegenden Mischschaltung angeschlossen werden, wobei η eine glatte ganze Zahl mit Ausnahme von 2 ist (n * 4,6,8,10 Dies gilt sowohl für die einphasige als auch die mehrphasige Konverterausbildung gemäß der Erfindung. Aus den Figuren 1 und 5 wurde ermittelt, daß für jeden oberen und unteren Zweig einer jeden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverters [(n/2) - l] Dioden erforderlich sind. Wie dargestellt, sind die Dioden in den oberen oder positiven Zweigen einer jeden Phase entgegengerichtet polarisiert zu den Dioden in den unteren oder negativen Zweigen einer jeden Phase. Wie bereits erwähnt worden ist, geht man in Figur 5 davon aus, daß Schalteinrichtungen 94 verwendet werden, die jeweils 400 Volt Leerlau%>annungsgrenzwerte besitzen (wenn es sich bei jeder Einrichtung 94 um einen Transistor handelt, ist V-^_x einer jeden 400 Volt, das bedeutet, daß der Spannungsgrenzwert zwischen den Kollektor- und Emitterelektroden bei der gleichen Rückwärtsregelung der Basiselektrode eines jeden Transistors 400 Volt ist). Wenn E als eine konstante Zahl definiert wird und nE als das maximale Niveau einer positiven oder negativen Spannung, die umgesetzt werden soll, dann ist in

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Figur Sh - 16 (n/2 ■ 8, Zahl der Schalter 94 in jedem Zweig) und E ist 3 100 (nE = 1600). Dementsprechend hat jede Schalteinrichtung einen LeerlaufSpannungsgrenzwert von 4 E Volt in dem Beispiel gemäß Figur 5. Geht man davon aus, daß das aufeinanderfolgende Schließen von Schalteinrichtungen von der Ausgangsklemme einer jeden Phase in Richtung auf + nE oder -nE Volt und das Öffnen der Schalter in der entgegengesetzten Folge durchgeführt wird, dann sind die Verbindungen der (n/2 - 1) Dioden 96 beginnend von dem obersten gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den obersten beiden der n/2-Schalteinrichtungen der oberen Zweige relativ zu den Klemmen, die +nE-Volt aufnehmen (Klemme 100 in Figur 5 schrittweise fortgehend abwärts zu den [(n/2) -Ij gemeinsamen Verbindungspunkten zwischen den untersten beiden der n/2-Schalteinrichtungen 94, mit ihren Kaptodenelektroden an individuelle gemeinsame Verbindungen angeschlossen, die nummerisch diesen £(n/2) -l] entsprechen und ihre Anodenelektroden nehmen individuell eine unterschiedliche und fortschreitend niedrigere Gleichspannung auf. (+ 1200, + 800, + 400, 0, - 400, - 800, - 1200 Volt im Beispiel gemäß Figur 5). In einer ähnlichen Weise sind für die unteren Zweige einer jeden Phase beginnend von der obersten ersten gemeinsamen Verbindung zwischen den obersten beiden der n/2 Schalter 94 relativ zu der Ausgangsklemme für diese Phase fortschreitend schrittweise abwärts zu den f(n/2) - 1/ zwischen den untersten beiden der Schalter der unteren oder negativen Zweige jede der Dioden 98 (s. Figur 5) mit ihren Anodenelektroden an individuell korrespondierende nummerische dieser [(n/2) -I^ gemeinsamen Verbindungen angeschlossen

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und ihre Katodenelektroden sind mit den Anodenelektroden der nummerisch korrespondierenden oder ähnlich positionierten der C(n/2 - I)] Dioden 96 des positiven Zweiges verbunden. Wie in Figur 5 sind für die verschiedenen Ausführuncsformen der Erfindung die Werte für die unterschiedlichen Gleichspannungsniveaus so ausgewählt, daß sichergestellt ist, daß die LeerlaufSpannungsgrenzwerte der Schalter 94 nicht überschritten werden. Auf diese Weise wird auch ein doppelseitig gerichteter Stromfluß zwischen der Last und dem Konverter sichergestellt, wie dies bereits diskutiert wurde, vorausgesetzt, daß antiparallele Dioden über jeden Schalter 94 angeschlossen sind, wenn es sich beispielsweise bei den Schaltern um Transistoren handelt.

Es ist noch anzuführen, daß in Figur 5 die Gleichspannungen von + 1600, + 1200, + 800, + 400, 0, - 400, - 800, - 1200, - 1600 Volt jeweils an den Klemmen 100 bis 108 liegen. Diese Spannungen können durch eine Kette (nicht dargestellter) Gleichspannungsquellen zur Verfügung gestellt werden, deren Mittelabgriffsstelle mit der Bezugsspannungsquelle 104 in Verbindung steht und auch andere individuelle Spannungsabgriffe, um die oben erwähnten - Gleichspannungen zur Verfügung zu stellen, wie dies dem Fachmann hinlänglich bekannt ist. Bei der nten Ausführung der Erfindung kann in der gleichen Weise eine Kette einer Vielzahl von Gleichspannungsquellen in Reihe verbunden werden, wobei die Mitte der Kette mit einer Bezugsspannungsklemme verbunden ist, die gemeinsam mit der Brückenmischschaltung ist und eine Mehrzahl von C( n/2) -ll Spannungsabgriffsstellen zur Verfügungstellung

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der verschiedenen - Betriebsgleichspannungen zusätzlich zu der Bereitstellung von + nE Volt.

In Figur 7 ist ein Schaltkreis dargestellt, der bevorzugt als individueller einpoliger Ausschalter verwendet wird, wie dies in den Schaltungen der Figuren 1, 3, 4 und 5 der Erfindung dargestellt ist. Es ist noch anzuführen, daß in Figur 3 jede Transistor-Dioden-Kombination der Transistoren 29 bis 36 und der Dioden 72 bis 79 durch diese bevorzugte Schaltung ersetzt werden kann. Diese Schaltung wurde entwickelt, um die herkömmlicherweise auftretenden Probleme zu beheben, die entstehen, wenn man einen verläßlichen Betrieb von Schaltkreisen erzielen will, bei welchen mehr als zwei Transistoren in Kaskoden geschaltet sind, um relativ hohe Spannungsniveaus zu schalten. Wesentliche Merkmale der Schaltung gemäß Figur 7 umfassen die optische Kupplung 200 und der lokale Energieanschluß 202. Die optische Kupplung 200 isoliert elektrisch den Schaltkreis von der Steuerimpulsquelle (z. B. ein Mikrorechner),der zwischen den Eingangsklemmen 204 und 206 angeschlossen ist, so daß das Spannungsniveau an den Klemmen 208 und 210 unabhängig von der Spannung, die über den Eingangsklemmen 204 und 206 liegt, steigen und sinken kann. Der lokale Energieanschluß 202 umfaßt einen Umsetzer 212, der sowohl dazu dient, die Wechselspannungsquelle, die zwischen den Klemmen 214 und 216 liegt, von anderen Teilen des Schaltkreises zu isolieren, als auch über die Sekundärwindung ein vorbestimmtes Wechselspannungsniveau zur Verfugung zu stellen zum Betrieb des Vollwellenbrückengleichrichters der Dioden 218 bis 221. Die Mittelabgriffsstelle der Sekundärwindung

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des Transformators 212 ist an die Klemme 210 und die Siebkondensatoren 222 und 224 angeschlossen, wodurch die Betriebsgleichspannungen +V und -V jeweils auf die Spannung bezogen werden, die an der Klemme 210 liegt. Diese Betriebsspannungen +V und -V werden an die Betriebsspannungsschienen 226 bzw. 228 angelegt. Das Inbeziehungsetzen der Betriebsspannungen +V und -V zu der Spannung, die an der Klemme 210 liegt, stellt sicher, daß die Betriebsspannungsniveaus bei den richtigen Betriebsniveaus verbleiben relativ zur Spannung an der Klemme 210, wodurch ermöglicht wird, daß der Schaltkreis in jeder Position innerhalb einer in Kaskoden angeschlossenen Kette solcher Schaltkreise eingeschlossen werden kann, wie sie die Figuren 1, 3, 4 und 5 zeigen.

Der Betrieb der Schaltung gemäß Figur 7 soll nachfolgend näher beschrieben werden. Man geht davon aus, daß der Schaltkreis abgeschaltet ist, wobei in diesem Zustand die Darlington-Transistoren 230 und 231 abgeschaltet sind, wodurch eine im wesentlichen hohe Impedanz zwischen den Klemmen 208 und 210 liegt. Dies ist einem offenen einpoligen Ausschalter analog, dessen Kontakte durch die Klemmen 208 und 210 repräsentiert werden. Um den Schaltkreis einzuschalten, wird ein Steuerimpuls an die Eingangsklemmen 204 und 206 gelegt, um einen Strom i fließen zu lassen,wie dargestellt,durch den Strombegrenzungswiderstand 205 und die lichtemitierende Diode 232 der optischen Kupplung 200. Entsprechend diesem Stromfluß emitiert die Diode 232 eine Infrarotstrahlung, die von der Fotodiode 234 aufgenommen wird. Die Fotodiode 234 spricht auf dieses Licht an, indem ihre Impedanz be-

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trächtlich erniedrigt wird, wcxlurch ein Stromfluß ermöglicht wird von der Spannungsschiene 226 (die +V-Spannungsseite des lokalen Anschlusses 202) in die Basiselektrode des Transistors 236 der optischen Kupplung hinein und durch den Widerstand 238 zu der -V-beladenen Spannungsschiene 228, wodurch der Transistor 236 eingeschaltet wird. Wenn der Transistor 236 auf diese Weise eingeschaltet ist, fließt der Strom von der positiven Spannungsschiene 226 durch den Widerstand 240 und den Kollektor-Emitterstromweg des Transistors 236 zu der negativen Spannungsschiene 228 hin, wodurch wiederum das Spannungsniveau an der Eingangsklemme des Inverters 242 abnimmt durch ein Absinken des Potentials von im wesentlichen +V auf -V Volt. Entsprechend diesem Spannungsabfall an der Eingangsklemme ändert der Inverter 242 das Spannungsniveau an seiner Ausgangsklemme von einem relativ niedrigen auf ein relativ hohes Niveau. Der Inverter 244 ändert seinen Zustand hinsichtlich des Niveaus des Ausgangsimpulses von einem relativ hohen auf ein relativ niedriges Niveau (etwa -V Volt) entsprechend der Niveauänderung des Ausgangsimpulses von dem Inverter 242, wodurch die Basiselektrode des Darlington-Transistors 246 "herabgezogen" wird, wobei letzterer in einem gesättigten Status verbleibt wegen der geringen Ladungsträgerspeicherung in dem Basisbereich. Bevor der Darlington-Transistor 246 in den ungesättigten Zustand gerät infolge der Rekombination der Ladungsträger in dem Basisbereich, ändert der Inverter 248 das Niveau des Ausgangsimpulses von einem hohen auf ein niedriges Niveau entsprechend der Niveauänderung des Ausgangsimpulses von dem Inverter 242. Der Inverter 250 ändert das

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Niveau seines Ausgangsimpulses von einem niedrigen auf ein hohes Niveau mit einer zeitlichen Verzögerung, die durch die Werte des Widerstandes 252 und des Kondensators 254 bestimmt wird entsprechend dem niedrigen Niveau des Ausgangsimpulses von dem Inverter 248, wobei der nun positiv werdende Ausgangsimpuls von dem Inverter 250 den Eingangsschwellwert des Inverters 256 überschreitet, wobei der letztere reagiert durch die Änderung des Niveaus des Ausgangsimpulses von einem hohen auf ein niedriges Niveau, wodurch ein Strom von der positiven Schiene 226 durch die Widerstände 258 und 260 in die Ausgangsklemme des Inverters 256 und von der Basiselektrode des Transistors 262 durch den Strombegrenzungswiderstand 260 in die Ausgangsklemme des Inverters 256 fließt. Auf diese Weise wird der Transistor 262 etwa 2 Mikrosekunden nach der Änderung des Ausgangsimpulses von dem Inverter 242 von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau eingeschaltet. Wenn der Transistor 262 auf diese Weise eingeschaltet ist, werden im wesentlichen +V Volt über den Emitter-Kollektorstromweg des Transistors 262 (der nun im wesentlichen eine niedrige Impedanz besitzt) und die Kombination des Widerstandes 264 der parallel mit einer Reihenschaltung des Kondensators 266 und des Widerstandes 268 liegt, an die Kollektorelektrode des Darlington-Transistors 246 angelegt, wodurch der letztere außer Sättigung gerät und abschaltet. Wenn der Darlington-Transistor 246 außer Sättigung gerät, fließt der große Übergangsstrom durch den Kondensator 266 und den Widerstand 268 (der die Stromstärke steuert) in die Basiselektrode

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des Transistors 230, wodurch die Darlington-Schaltung 230, 231 übersteuert wird und hierdurch in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum einschaltet (die Transistoren 230 und 231 eingeschaltet). Nachdem der Einschaltübersteue^rungsstrom absinkt aufgrund des Aufladens des Beschleunigerkondensators 266, wird die Größe des Basisstromes, der an die Basiselektrode des Transistors 230 gelegt ist, von dem Wert des Widerstandes 264 gesteuert, um die Darlington-Schaltung 230, 231 eingeschaltet zu halten. Wenn die Darlington-Schaltung 230, 231 so einschaltet, wird die Impedanz zwischen der Kollektor-Emitterelektrode des Transistors 231 wesentlich vermindert bei einer Verbindung der Klemme 208 mit der Ausgangsklemme 210, womit ein Stromfluß hierzwischen möglich wird. Zu dieser Zeit erzeugt entsprechend dem niedrigen Niveau des Ausgangsimpulses von dem Inverter 248 der Inverter 270 ein Ausgangssignal hohen Niveaus zur Anlage über den Widerstand 272 an die Basiselektrode des Transistors 274, womit dieser Transistor in einem abgeschalteten Zustand gehalten wird.

Wenn der Schaltkreis gemäß Figur 1, wie oben beschrieben betrieben wird, um den Ausgang der Darlington-Schaltung 230, 231 einzuschalten und es anschließend erwünscht ist, diese Darlington-Schaltung abzuschalten, wird der Eingangsimpuls, der an die Klemmen 204 und 206 gelegt ist, abgenommen, um den Strom i_ zu unterbrechen, der durch die lichtemitierende Diode 232 fließt. Als nächstes nimmt in aufeinanderfolgender Reihenfolge die Impedanz der Fotodiode 234 wesentlich zu und verhindert den Fluß des Basisstromes für den Transistor

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236, womit der Transistor 236 abschaltet. Wenn der Transistor 236 abschaltet, steigt die Spannung an seiner Kollektorelektrode in Richtung der positiven Schiene 226 an, so daß etwa + V Volt an der Eingangsklemme des Inverters 242 liegen, wobei der letztere reagiert durch die Änderung des Niveaus seines Ausgangssignals von einem hohen auf ein niedriges Niveau. Die Inverter 244 und 248 reagieren hierauf durch die Änderung des Niveaus ihrer Ausgangssignale von einem niedrigen auf ein hohes Niveau. Wenn das Ausgangssignal von dem Inverter 248 ansteigt, reagiert der Inverter 270 hierauf durch die Änderung des Niveaus seines Ausgangssignals von einem hohen auf ein niedriges Niveau, wodurch ein Strom von der positiven Schiene 226 durch die Widerstände 276 und 272 in die Ausgangsklemme des Inverters 270 fließen kann. Außerdem fließt der Basisstrom von dem Transistor 274 über den Widerstand 272 in die Ausgangsklemme des Inverters 270, wodurch der Transistor 274 eingeschaltet wird und einen großen Übergangsstrom verursacht, der von der positiven Schiene 226 durch den Kollektor-Emitterstromweg des Transistors 274 sowie durch die Beschleunigerschaltung des Kondensators 278 und der Widerstände 280 und 282 in die Basiselektrode des Darlington-Transistors 246 fließt, wodurch ein schnelles Einschalten dieses Darlington-Transistors durchgeführt wird. Die Zeitkonstante der Beschleunigerschaltung 278, 280, 282 ist so, daß kurz nach dem Einschalten des Darlington-Transistors 246 der Kondensator aufgeladen wird und der Haltestrom,um den Darlington-Transistor 246 eingeschaltet zu halten, wird über den Widerstand 282 und den Kollektor-Emitterstromweg des Transistors 274

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von der positiven Schiene 226 bereitgestellt. Das harte Einschalten des Darlington-Transistors 246 übersteuert den statischen "Einstrom", der von dem Widerstand 264 in die Basiselektrode des Transistors 230 fließt und bewirkt einen großen Stromfluß aus der Basis der Transistoren 230 und 231, wobei der Basisstrom von dem Transistor 231 in die Kollektor-Elektrode des Darlington-Transistors 246 über den Stromweg,der durch die Dioden 284 und 286 gebildet wird, fließt. Hierdurc-h gerät die Ausgangs-Darlington-Schaltung 230, 231 außer Sättigung und schaltet schnell ab mit einem entsprechend niedrigen Abschaltleitungsverlust. Es ist zu bemerken, daß zur gleichen Zeit, wenn der Darlington-Transistor 246 einschaltet, der Inverter 250 sein Ausgangssignal von einem hohen in ein niedriges Niveau ändert entsprechend dem hohen Niveau des Ausgangssignals von dem Inverter 248. Der Inverter 256 ändert das Niveau seines Ausgangssignals von einem niedrigen in ein hohes Niveau entsprechend der Änderung des Niveaus des Ausgangssignals von dem Inverter 250, wodurch der Transistor 262 abgeschaltet wird. Es ist außerdem noch azufuhren, daß die Widerstände 288 und 290 als "Hochzieh"-Widerstände für die Inverter 248 bzw. 250 und die Widerstände 292 und 294 als Regelwiderstände dienen, während die Diode 296 gestattet, daß die Kollektor-Basisverbindung der Transistoren 230 und 231 entladen werden können,wenn V__ über diese Transistoren von einem hohen positiven auf einen relativ niedrigen positiven Wert abfällt. Diese antiparallele Diode 298 über die Darlington-Schaltung 230, 231 bildet einen bilateralen Stromfluß für die Darlington-Schaltung 230, 231, wodurch, wenn der Schalt-

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kreis abschaltet, ein Strom von der Blindlast, die an die Ausgangsklemme 210 gelegt ist, durch die Diode 298 in die Klemme 208 fließen kann. Um eine Mehrzahl von Schaltkreisen, wie sie in Figur 7 dargestellt sind, in Kaskoden zu schalten, wird die Klemme 208 eines ersten individuellen Schaltkreises an die Klemme 210 eines zweiten individuellen Schaltkreises angeschlossen,und die Klemme 210 des ersten individuellen Schaltkreises wird an die Klemme 208 eir.es dritten individuellen Schalftreises gelegt und so weiter.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE ;

/ 1. /Brückenmischschaltung, gekennzeichnet durch

eine erste Betriebsspannungsklemme zur Anlage von +E Volt,

eine zweite Betriebsspannungsklemme zur Anlage von -E Volt,

eine Bezugsspannungsklemme zur Anlage eines Bezugspotentials,

eine erste und eine zweite Ausgangsklemme zum Anschluß einer hierzwischen zu legenden Last, eine erste und eine zweite Gruppe von Schaltern in sich diagonal gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung, wobei jede Gruppe eine erste, eine zweite und eine dritte Klemme besitzt und die jeweils ersten Klemmen individuell an die ersten und zweiten Betriebsspannungsklemmen angeschlossen sind, während die zweiten Klemmen individuell mit den ersten bzw. zweiten Ausgangsklemmen verbunden sind, wodurch in betriebslosem Zustand dieser Gruppen von Schaltern ihre ersten bis dritten Klemmen jeweils elektrisch voneinander isoliert sind, eine erste Diode mit einer Anodenelektrode, die an die Bezugsspannungsklemme angeschlossen ist und einer Katodenelektrode, die an die dritte Klemme angeschlossen ist und zusammen mit der ersten Gruppe von Schaltern einen torgesteuerten Stromweg in einer Richtung bildet, und

eine zweite Diode mit einer Katode^lektrode, die an die Bezugsspannungsklemme angeschlossen ist, und einer

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ORIGINAL INSPECTED

Anodenelektrode, die an die dritte Klemme angeschlossen ist und zusammen mit der zweiten Gruppe von Schaltern einen torgesteuerten Stromweg in einer Richtung bildet,

wobei die erste und die zweite Gruppe von Schaltern jeweils in einem ersten Zustand betreibbar sind, um die jeweils zweiten und dritten Klemmen miteinander elektrisch zu verbinden und einem zweiten Zustand, um die jeweiligen ersten, zweiten und dritten Klemmen miteinander zu verbinden, während die ersten und zweiten Gruppen von Schaltern gleichzeitig betreibbar sind in ihrem ersten Zustand zur Erzeugung einer Null-Spannung über die Last und ihrem zweiten bzw. ersten Zustand zur Erzeugung von +E Volt über der Last und ihrem zweiten Zustand zur Erzeugung von +2E Volt über der Last, wodurch die ersten und zweiten Gruppen von Schaltern durch eine vorgegebene Folge der letzteren drei Kombinationen der jeweiligen Zustände betreibbar sind, um eine vorbestimmte Halbwellen-Wechseilspannungswellenform positiver Polarität über der Last zu erzeugen.
2. Brückenmischschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

dritte und vierte Gruppen von Schaltern in den anderen sich diagonal gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung, wobei jede dieser Gruppen erste, zweite und dritte Klemmen besitzt, deren erste Klemmen individuell an die ersten bzw. zweiten Betriebsspannungsklemmen angeschlossen sind, während die dritten Klemmen individuell

mit der zweiten bzw. ersten Ausgangsklemme verbunden sind,

eine dritte Diode mit einer Anodenelektrode, die an die Bezugsspannungsklemme angeschlossen ist, und einer Katodenelektrode, die mit der dritten Klemme verbunden ist und zusammen mit der dritten Gruppe von Schaltern einen torgesteuerten Stromweg in einer Richtung bildet, sowie

eine vierte Diode mit einer Katodenelektrode, die an die Bezugaspannungsklemme angeschlossen ist und einer Anodenelektrode, die mit der dritten Klemme verbunden ist und zusammen mit der vierten Gruppe von Schaltern einen torgesteuerten Stromweg in eine Richtung bildet,

wobei die dritte und vierte Gruppe von Schaltern jeweils in einem ersten Zustand betreibbar ist zur elektrischen Verbindung der jeweils zweiten und dritten Klemmen miteinander und einem zweiten Zustand zur elektrischen Verbindung ihrer jeweils ersten, zweiten und dritten Klemmen miteinander, wobei die dritte und vierte Gruppe von Schaltern gleichzeitig in dem jeweils ersten Zustand betreibbar ist zur Erzeugung einer Null-Spannung über der Last und ihrem ersten bzw. zweiten Zustand zur Erzeugung von -E Volt über der Last und ihrem zweiten Zustand zur Erzeugung von -2 E Volt über der Last, wodurch die dritte und vierte Gruppe von Schaltern wiederholt entsprechend einer vorgegebenen Folge der letzten drei Kombinationen der jeweiligen Zustände betreibbar ist zur Erzeugung einer vorbestimmten Halbwellen-Wechselspannungswellenform negativer Polarität über der Last und zur Erzeugung

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in Kombination mit der ersten und zweiten Gruppe von Schaltern eine vorbestimmte Vollwellen-Wechselspannungswellenform über der Last.
3. Brückenmischschaltung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schalter der ersten bis vierten Gruppe umfaßt:

einen ersten einpoligen Ausschalter, der zwischen der ersten und dritten Klemme angeschlossen ist, und

einen zweiten einpoligen Ausschalter, der zwischen der zweiten und der dritten Klemme angeschlossen ist,

wobei der erste und der zweite Schalter jeweils in seinem offenen bzw. geschlossenen Zustand betreibbar ist zur Erzeugung eines ersten Zustandes der jeweiligen Schaltergruppe und gleichzeitig in dem geschlossenen Status zur Erzeugung eines zweiten Zustandes der jeweiligen Schal targruppe.
4. Brückenmischschaltung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten einpoligen Ausschalter jeweils einen Transistor besitzen mit einem Hauptstromweg, der zwischen der ersten und dritten bzw. der zweiten und dritten Klemme angeschlossen ist, wobei jeder Transistor außerdem eine Basiselektrode besitzt zur Aufnahme eines individuellen Steuerimpulses zum Betrieb des jeweiligen Transistors, wobei die erste bis vierte Diode in vorwärts geregeltem Zustand auch zur Begrenzung

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der gemeinsamen Verbindung zwischen den jeweiligen Transistoren auf den Diodenabfall des Bezugspotentials begrenzt, wodurch die Transistoren in ihren nicht leitenden Zuständen von Überspannungsbedingungen über ihren Hauptstromwegen geschützt sind.
5. Brückenmischschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Anzahl von Dioden vorgesehen ist, von denen jede antiparallel über die Hauptstromwege der Transistoren der ersten bis vierten Gruppe angeschlossen ist zur Erzeugung eines zweiseitigen Stromflusses zwischen dem X-Glied und der Last.
6. Brückenmischschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter vorgesehen ist zur Aufnahme einer Wechseleingangsspannung und zur Gleichrichtung dieser Spannung zur Erzeugung von +E und -E Volt bezogen auf das Bezugspotential, wodurch die Brückenschaltung eine Wechselstrom-Wechselstromumformerschaltung bildet.
7. Brückenmischschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine erste Gleichspannungsquelle zwischen der Bezugsspannungsklemme und der ersten Betriebsspannungsklemme zur Erzeugung von +E Volt angeschlossen ist und

eine zweite Gleichspannungsquelle zwischen der Bezugsspannungsklemme und der zweiten Betriebsspannungsklemme zur Erzeugung von -E Volt angeschlossen ist.

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8. Brückenmischschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Umsetzung von - nE Volt in mehrphasige Wechselstromausgangsspannungen, wobei η eine gerade ganze Zahl ist außer 2 (n = 4, 6, 8, 10 ...) und E eine konstante Zahl ist, gekennzeichnet durch

erste und zweite Betriebsspannungsklemmen zur Aufnahme von + nE Volt bzw. - nE Volt,

einer Mehrzahl von Phasengruppen, die in ihrer Zahl mindestens der Zahl von Phasen der angestrebten Gleichspannungsausgänge gleich ist mit jeweils einer Ausgangsklemme sowie einer Mehrzahl von n/2 ersten Schalteinrichtungen, die jeweils einen Hauptstromleitungsweg besitzen, der in Reihe zwischen der ersten Betriebsspannung und den Ausgangsklemmen angeschlossen ist, wobei jede der Schalteinrichtungen selekt-iv und individuell in einem ersten Zustand betreibbar ist zur Öffnung des Hauptströmungsweges und in einem zweiten Zustand unter Schließung des Hauptströmungsweges,

η
einer Mehrzahl von 1 zweiten Schalteinrichtungen, die jeweils einen Hauptstromleitungsweg besitzen, der in Reihe zwischen den Ausgang und die zweiten Betriebsspannungsklemmen angeschlossen ist, wobei jede der zweiten Schalteinrichtungen selektiv und individuell in einem ersten Zustand betreibbar ist unter Öffnung des Hauptströmungsweges und in einem zweiten Zustand unter Schließung des Hauptströmungsweges,

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einer Mehrzahl von [(-^- ) - ι] ersten Dioden, die jeweils eine Katodenelektrode und eine Anodenelektrode aufweisen,

einer Mehrzahl von [(^) - Ij zweiten Dioden, die jeweils eine Katodenelektrode sowie eine Anodenelektrode aufweisen, und daß

beginnend von der obersten ersten gemeinsamen Verbindung zwischen den obersten beiden der 5- ersten Schalteinrichtungen relativ zu den ersten Klemmen fortschreitend schrittweise abwärts zu den ((—) - 1~ gemeinsamen Verbindungen zwischen den untersten beiden der ■*· ersten Schalteinrichtungen eine jede der [(-5·) - 1~] ersten Dioden mit ihren Katodenelektroden an individuelle nummerisch entsprechende dieser [(■*·) - IJ gemeinsamen Verbindungen angeschlossen sind und deren Anodenelektroden individuell eine unterschiedliche und fortschreitend niedrigere Gleichspannung aufnehmen, während

beginnend von der obersten ersten gemeinsamen Verbindung zwischen den obersten beiden der ■*· zweiten Schalteinrichtungen relativ zur Ausgangsklemme fortschreitend schrittweise abwärts zu der Γ(^) - 11 gemeinsamen Verbindung zwischen den untersten beiden der ·* zweiten Schalteinrichtungen eine jede der [(y) - Ij zweiten Dioden mit ihren Anodenelektroden an individuell nummerisch korrespondierende dieser [(5·) - IJ gemeinsamen Verbindungen angeschlossen ist und deren Katodenelektroden mit den Anodenelektroden der nummerisch korrespondierenden der L. (j) - IJ ersten Dioden in Verbindung stehen, wobei die

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Werte der unterschiedlichen Gleichspannungsniveaus ausgewählt sind um sicherzustellen, dar. der Leerlaufspannungsdurchbruch der Mehrzahl von 5· ersten und zweiten Schalteinrichtungen nicht überschritten wird, vorausgesetzt, daß die ·=■ ersten Schalteinrichtungen schrittweise geschlossen werden in der Folge von der tiefsten Us zur obersten und geöffnet in der umgekehrten Reihenfolge und daß die ■*· zweiten Schalteinrichtungen schrittweise in der Reihenfolge von der obersten bis zur untersten geschlossen werden und geöffnet werden in der umgekehrten Reihenfolge, wobei die Schalteinrichtungen in den unterschiedlichen Kombinationen ihrer ersten und zweiten Zustände betreibbar sind zur Erzeugung einer beliebigen ^(·0·) ⁺ ^l unterschiedlicher Ausgangsspannungsniveaus an der Ausgangsklemme.
9. Brückenmischschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Bezugsspannungsklemme vorgesehen ist zum Anschluß an ein Bezugspotential, während eine Kette einer Mehrzahl von Gleichspannungsquellen in Reihe zwischen die ersten und zweiten Betriebsspannungsklemmen angeschlossen ist, wobei die Mitte der Gleichspannungsquellen-Kette an die Bezugsspannungsklemme angeschlossen ist und die Kette von Gleichspannungsquellen L(5·) - 1} Spannungsabgriffsstellen besitzt ,beginnend von obersten Spannungsabgriffsstelle relativ zu der ersten Betriebsspannungsklemme abwärts zur \_(·*) - IJ ten Abgriff stelle,wobei diese Abgriffsstellen individuell an die Anodenelektroden der nummerisch korrespondierenden

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der I (■=·) - 1 ! ersten Dioden angeschlossen ist und die Gleichspannungsquellenkette hierdurch - nE Betriebs-Spannungen und die unterschiedlichen Gleichspannungsniveaus zur Verfugung stellt.
10. Bruckenmischschaltung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der 5- ersten und ■*■ zweiten Schalteinrichtungen einen gleichen Leitungstransistor umfaßt, dessen Hauptstromleitungsweg in Kaskoden mit anderen Hauptstromleitungswegen der anderen (n - 1) Transistoren zwischen der ersten und der zweiten Betriebsspannungsklemme angeschlossen ist, wobei die in der Mitte liegende gemeinsame Verbindung zwischen den Transistoren an dLe" Ausgangsklemme angeschlossen ist und jeder der Transistoren eine Steuerklemme besitzt zur Aufnahme eines Steuerimpulses,mittels welchem er in jeweils einem des ersten oder zweiten Ztstandes betreibbar ist.
11. Verfahren zum Betrieb der Brückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Gleichspannungen mit einem Niveau von +E bzw. -E ,Volt relativ zu einem Bezugspotential, das an eine Bezugsspannungsklemme angelegt ist, in eine Gleichspannung umgesetzt wird zur Anlage über eine Last, die zwischen einer ersten und einer zweiten Ausgangsklemme angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man eine vorbestimmte Folge der Kombination der folgenden Schritte durchführt, nämlich:

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das Bezugspotential an die erste und zweite Ausgangsklemme anlegt, während man einen zweiseitig gerichteten Stromfluß zwischen der Bezugsspannungsklemme und jeder der ersten und zweiten Ausgangsklemme vorsieht zur Erzeugung einer Null-Spannung über die Last,

+E Volt an die erste Ausgangsklemme anlegt, während man einen in eine Richtung gehenden Stromfluß von der zweiten Ausgangsklemme zur Bezugsspannungsklemme vorsieht zur Erzeugung von +E Volt über die Last,

+E Volt bzw. -E Volt an die erste bzw. zweite Ausgangsklemme anlegt zur Erzeugung von +2E Volt über der Last,

-E Volt an die erste Ausgangsklemme anlegt, während man einen Stromfluß in einer Richtung von der Bezugsspannungsklemme zu der zweiten Ausgangsklemme vorsieht zur Erzeugung von -E Volt über die Last und

-E Volt bzw. +E Volt an die erste bzw. zweite Ausgangsklemme anlegt zur Erzeugung von -2E Volt über die Last.