DE29507625U1

DE29507625U1 - Gleichrichterschaltung

Info

Publication number: DE29507625U1
Application number: DE29507625U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1995-05-08
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2005-05-09

Description

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Beschreibung
Gleichrichterschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung mit Ladekondensator, Längsregler und Halbwellenstrompfade bildenden ersten Dioden.

Eine typische Schaltung zur Erzeugung einer auf einen Referenzwert geregelten Gleichspannung beinhaltet einen netzgespeisten Transformator, dessen Sekundärspannung zunächst eine gleichrichtende Diodenschaltung speist. Als Diodenschaltung kommen unter anderem, Mittelpunktsschaltungen und Brückenschaltungen in Betracht. Am Ausgang der Diodenschaltung befindet sich ein Ladekondensator, der in den "Tälern" zwischen den gleichgerichteten Halbwellen als Energiespeicher dient und dann den Laststrom liefert. Dabei sinkt die Ladespannung des Kondensators immer wieder ab, so daß die gleichgerichtete Ausgangsspannung am Ladekondensator eine bestimmte Welligkeit aufweist. Diese Welligkeit wird bei einer dem Ladekondensator in Serie nachgeschaltete Spannungsreglerschaltung dadurch ausgeregelt, daß die Wellenspitzen oberhalb der gemäß dem Referenzwert vorgegebenen Ausgangsgleichspannung als Verlustleistung in Wärme umgesetzt werden. Eine solche Spannungsreglerschaltung wird als Längsregler bezeichnet.

Der Einsatz dieser Schaltungen wird u.a. durch die im Längsregler umsetzbare Verlustleistung begrenzt. Diese berechnet 0 sich aus dem Spannungsabfall am Längsregler und der ihn durchlaufenden Stromstärke. Die Grenze liegt für handelsübliche Schaltungen bei ca. einem Watt ohne Kühlkörper. Durch den Einsatz von Kühlkörpern läßt sich die Einsatzgrenze nach oben verschieben. Hierbei sind Grenzen durch die Abmessungen und die Masse des Kühlkörpers gesetzt, so daß im Regelfall

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nur ca. fünf Watt Verlustleistung am Längsregler erlaubt sind.

Es entsteht somit das Problem, daß diese Art von Schaltung nur für relativ kleine Ausgangsleistungen geeignet ist.

Die bisherige Möglichkeit der Leistungssteigerung bestand darin, eine direkte Parallelschaltung mehrerer Längsregler vorzunehmen. Als nachteilig erweist sich dabei, daß zusätzliehe schaltungstechnische Maßnahmen zur gleichmäßigen Stromaufteilung zwischen den direkt pcirallelgeschalteten Längsreglern vorzunehmen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichrichterschaltung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Schaltung für höhere Ausgangsleistungen einsetzbar ist, ohne daß aufwendige Zusatzmaßnahmen zu ergreifen sind.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils ein Ladekondensator und ein Längsregler in jedem Halbwellenstrompfad nach der jeweiligen ersten Diode angeordnet sind.

Dadurch wird eine indirekte Parallelschaltung zweier Längsregler eirreicht, indem für jede Halbwelle jeweils ein eigener Längsregler zum Einsatz kommt. Jeder der Längsregler muß deshalb auch nur die Hälfte der Ausgangsleistung verkraften. Das bedeutet aber auch, daß die Ausgangsleistung der erfinderischen Schaltung im Vergleich zur herkömmlichen Schaltung verdoppelt wird. Die gleichmäßige Stromaufteilung zwischen den zwei Längsreglern einer Phase geschieht dabei automatisch, weil die durch die Wechselspannung gebildeten zwei Halbwellen einer Phase identisch sind. Die erwünschte Stromaufteilung der Längsregler wird somit äußerst einfach erreicht.

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Wenn die Gleichrichtung in einer Mittelpunktschaltung erfolgt, erweist es sich als schaltungstechnisch am einfachsten, daß jeder Halbwellenstrompfad in jeweils einem spannungsführenden Zweig der Schaltung angeordnet ist. 5

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß weitere Dioden zusammen mit den ersten Dioden eine Brückenschaltung bilden und daß der jeweils eine Ladekondensator und der eine Längsregler in demjenigen Zweig der Brückenschaltung angeordnet ist, in dem auch die jeweilige erste Diode angeordnet ist. Das hat den Vorteil, daß dann auch Transformatoren ohne Mittelpunktanzapfung benutzt werden können.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Gleichrichterschaltung in jeder Phase eines Mehrphasen sy stems angeordnet ist. Bei einem Dreiphasensystem kann dadurch die Ausgangsleistung gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik versechsfacht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

FIG 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
FIG 3 ein Schaltbild einer herkömmlichen Schaltung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst die herkömmliche Schaltung gemäß FIG 3 beschrieben. Hierbei ist die Sekundärseite eines Transformators T die Quelle einer Wechselspannung. Eine dem Fachmann bekannte Mittelpunktschaltung der Dioden Dl und D2 produziert daraus - als Vollweggleichrichter - eine aus allen gleichgerichteten Halb-

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wellen bestehende Spannung. Am Ausgang der Diodenschaltung Dl, D2 befindet sich ein Ladekondensator C, der in der "Tälern" zwischen den gleichgerichteten Halbwellen als Energiespeicher dient und den Laststrom Ia liefert. Um die Welligkeit der gleichgerichteten und kondensatorisch eingeglätteten Ladekondensatorspannung Ue zu entfernen, ist dem Ladekondensator C eine als monolithisches Bauteil dargestellte Spannungsreglerschaltung LR mit Kühlkörper K in Serie nachgeschaltet. Die herkömmliche Schaltung gemäß FIG 3 weist ferner noch einen nachgeschalteten Ausgangskondensator CA auf, der eine letzte Glättung der geregelten Ausgangsgleichspannung Ua bewirkt.

Die Verlustleistung P des Längsreglers LR berechnet sich aus dem Spannungsabfall Ua - Ue am Längsregler LR und der diesen durchlaufenden Stromstärke Ia nach der Formel

P = (Ue - Ua) &khgr; Ia.

FIG 1 zeigt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Gleichartige Schaltungsteile sind hier und im folgenden mit gleichen Bezugszeichen versehen. In FIG 1 ist die Sekundärseite eines Transformators T die Quelle einer Wechselspannung. Die Diode Dl ist so geschaltet, daß sie nur die positiven Halbwellen dieser Wechselspannung passieren läßt und damit den ihr nachgeschalteten Ladekondensator Cl auflädt. Gleichermaßen ist die Diode D2 so geschaltet, daß sie nur die negativen Halbwellen der Wechselspannung passieren läßt und damit den ihr nachgeschalteten Ladekondensator C2 lädt.

Der jeweils am Ausgang der Diode Dl bzw. D2 befindliche Ladekondensator Cl bzw. C2, dient als Energiespeicher, der auch in den "Lücken" zwischen den jeweiligen Halbwellen den Laststrom IaI bzw. Ia2 liefert. Dabei sinkt die Ladespannung UeI, bzw. Ue2 des Kondensators Cl bzw. C2 immer wieder ab, so daß

die gleichgerichtete Ausgangsspannung UeI bzw. Ue2 des am Ladekondensator Cl bzw. C2 eine bestimmte Welligkeit aufweist. Um diese Welligkeit der Ladekondensatorspannung UeI bzw. Ue2 zu eliminieren, ist dem jeweiligen Ladekondensator Cl bzw. C2 eine als monolithisches Bauteil dargestellte Spannungsreglerschaltung LRl bzw. LR2 in Serie nachgeschaltet. Jede Spannungsreglerschaltung ist mit einem Kühlkörper K versehen. Die Ausgänge der Längsregler LRl bzw. LR2 werden zusammengeführt und vervollständigen dadurch die Gleichrichtung der Wechselspannung. Ein nachgeschalteter Ausgangskondensator CA bewirkt eine letzte Glättung der geregelten Ausgangsgleichspannung Ua.

Die Verlustleistung Pl, bzw. P2 des Längsreglers LRl bzw. LR2 berechnet sich wieder aus dem Spannungsabfall Ua - UeI bzw. Ua - Ue2 am Längsregler LRl, bzw. LR2 und der jeweiligen Stromstärke IaI, bzw. Ia2 nach der Formel

Pl = {Uel - Ua) &khgr; IaI bzw.

0 P2 = (Ue2 - Ua) &khgr; Ia2.

Da die Ladekondensatoren Cl bzw. C2 je mit einer Halbwelle der Wechselspannung bestromt werden, sind die, die Längsregler LRl und LR2 durchlaufenden Stromstärken IaI und Ia2 gleich und entsprechen der Hälfte des Ausgangsstromes Ia, d.h. IaI = Ia2 = Ia / 2. Da der Spannungsabfall Ua - UeI bzw. Ua - Ue2 an den Längsreglern LRl und LR2 sich nur unwesentlich von dem in FIG 3 unterscheidet, sind die Verlustleistungen der Längsregler LRl und LR2 bei gleicher Ausgangs-0 leistung halbiert worden, somit gibt daraus

Pl = P2 = P / 2.

Das bedeutet, daß bei voller Nutzung der Maximalleistung P 5 jedes Längsreglers LRl und LR2 die Ausgangsleistung der

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Schaltung nach FIG 1 im Vergleich zur herkömmlichen Schaltung von FIG 3 verdoppelt wird.

Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Schaltung unterscheidet sich von derjenigen nach FIG 1 dadurch, daß die Sekundärseite des dort verwendeten Transformators T2 keine Mittelpunktanzapfung hat. Dafür werden zwei weitere Dioden DIl und D22 zusammen mit den ersten Dioden Dl und D2 zu einer aus den vier Dioden Dl, D2, DIl und D22 bestehenden Brückenschaltung verbunden, bei der jeweils ein Ladekondensator Cl bzw. C2 und ein Längsregler LRl bzw. LR2 in jeweils einem Zweig der Brückenschaltung angeordnet sind, in dem auch die jeweilige erste Diode Dl bzw. D2 angeordnet ist.

In beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung wurden die Längsregler mit Kühlkörpern K gezeigt. Prinzipiell ist auch ein Einsatz ohne Kühlkörper möglich. Maßgeblich ist dazu die im Längsregler umsetzbare Verlustleistung.

Auch die Längsregler können entweder, wie in den Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeigt, als monolithisches Bauteil ausgebildet sein oder aus diskreten Bausteinen aufgebaut sein.

Bei einem Mehrphasensystem würde jeweils eine der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltungen in jeder Phase angeordnet. Bei einem Dreiphasensystem wird dabei die Ausgangsleistung pro Phase verdoppelt, also insgesamt versechsfacht.

Claims

95 S 3 3 3 § 7 Schutzansprüche

1. Gleichrichterschaltung mit Ladekondensator, Längsregler und Halbwellenstrompfade bildenden ersten Dioden, d a durch gekennzeichnet, daß jeweils ein Ladekondensator (Cl, bzw. C2) und ein Längsregler (LRl, bzw. LR2) in jedem Halbwellenstrompfad nach der jeweiligen ersten Diode {Dl, bzw. D2) angeordnet sind.

2. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbwellenstrompfad in jeweils einem spannungsführenden Zweig einer transformatorischen Mittelpunktschaltung angeordnet ist.

3. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß weitere Dioden (DIl,D22) zusammen mit den ersten Dioden (Dl,D2) eine Brückenschaltung bilden und

- daß der jeweils eine Ladekondensator (Cl, bzw. C2) und der eine Längsregler (LRl, bzw. LR2) in demjenigen Zweig der Brückenschaltung angeordnet ist, in dem auch die jeweilige erste Diode (Dl, bzw. D2) angeordnet ist.

4. Gleichrichterschaltung nach einem der vorhergehenden 5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung in jeder Phase eines Mehrphasensystems angeordnet ist.