DE29813902U1

DE29813902U1 - Gleichstromsteller

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Publication number: DE29813902U1
Application number: DE29813902U
Authority: DE
Original assignee: CARROS WERNER REINHOLD DIPL IN
Current assignee: CARROS WERNER REINHOLD DIPL IN
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2008-07-24

Description

BESCHREIBUNG:

Bezeichnung des Gegenstandes:

GLEICHSTROMSTELLERZURWANDLUWGVON 120V AC, 60Hz AUF 200V DC ZUM STUFENLOSEN REGELN DER DREHZAHL VON UNIVERSALMOTORER CREIHENSCHLUSS-STROMWENDERMOTOREN) UND GLEICHSTROMMOTOREN.

UMWANDLER 120V AC, 60HzAUF 200V DC FÜR DEN BETRIEB VON ELEKTRISCHEN HAUSHALTSGERÄTEN MIT NENNSPANNUNGEN 220V AC, 50Hz IN EINEM NETZ MIT 120V AC, 60Hz.

OFFENLEGUNGSSCHRIFTEN FÜR DIE BEURTEILUNG DER PATENTFÄHIGKEIT:

Nachfolgend benannte Offenlegungsschriften der Internationalen Patentklassifikation H02M3/04 entsprechen dem zu Grunde liegenden Wirkungsprinzip einer Schaltungsanordnung, die eine Speicherinduktivität, als Energiespeicher benutztzur Spannungsumsetzung.

Offenlegungsschrift 1905369 - Schaltungsanordnung zum Bezug einer Ausgangsgleichspannung bestimmter Größe aus einer eine Eingangsgleichspannung anderer, jedoch polungsrichtungsgleicher Größe liefernden Spannungsquelle.

Offenlegungsschrift DE.3610035 Al - Stramvariabel gespeister verlustarmer Schaltregler.

ZUGRUNDELIEGENDES PROBLEM DER ERFINDUNG:

Ein Betrieb-von Haushaltsgeräten europäischer Bauaitmit Wennspannungen 220V AC, 50Hz oder amerikanischer Bauart mit Nennspannungen 120V AC, 60Hz auf dem jeweils anderen Markt mit anderer Nennspannung,, ist derzeit nur möglich durch Verwendung von Vorschalttransformatoren bei denen das Übersetzungsverhältnis fest eingestellt ist. Die verwendeten Vorschalttransformatoren sind zwecks Gewichtserspamissen sogenannte Spartransfortnationen^ohne galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärkreis. Die angebotenen Geräte mit fest eingestelltem Spannungsübe&Ggr;setzungsveri3a&Iacgr;^tnis_rr&igr;abenschonab500WatLAusgangsleistung eine beachtliche Baugröße und Gewicht und können in elektrische Haushaltsgeräte kaum integriert werden. Bei Betrieb belasten sie das Netz, mit zusätzlicher induktiver Blindleistung.

Eventuell in Frage kommende Spannungsverdopplerschaltungen mit Dioden oder mit Tyristoren, die zwei in Serie geschaltete Ladekondensatoren nachladen können^ erfordern bei größeren Leistungen sehr große Kondensatoren. Die elektrische Energie für einen angeschlossenen Motor muß durch die elektrische Feldenergie.des Kondensators bereitstehen. Bei einer Drehzahlregelung von Universalmotoren in einer Spannungsverdopplerschaltung mit einer Phasenanschnittsteuerschaltung, ist die mögliche Schaltfr.equenz.der Tyristoren zu niedrig,, wodurch lange Entladezeiten für die Kondensatoren bestehen. Phasenanschnittssteuerungen verursachen zudem Netzstörungen.

ERFINDUNG FÜR DIE SCHUTZ BEGEHRT WIRD:

Der speziell entwickelte Gleichstromsteller als Hochsetzsteller nach Rg. 1, Fig.2 und Fig.3, zur Umwandlung von 120V AC, 60Hz zu 200V DC zum Betrieb von Universalmotoren und anderer elektrischer Haushaltsgeräte mit Nennspannungen 220V AC, 50Hz bietet mit geringem Gewicht und kleiner Baugröße auch bei größeren Ausgangsleistungen einen bestechenden Vorteil.

Die Besonderheit des Gleichstromstellers ist, daß die Ausgangsspannung derart moduliert wird über einen als elektronischen Steuerungsschalter verwendeten Leistungstransistor IGBT, mit einer Taktfrequenz von 16 bis 20 kHz, daß die Ausgangsspannung proportional zur Eingangsspannung folgt. Mit einer über ein Potentiometer einstellbaren Impulsbreite des Steuersignals ist die Ausgangsspannung derart veränderbar, daß ein Proportionalitätsfaktor von 1 bis 2 zwischen Ausgangsspannung zu Eingangsspannung einstellbar ist. Die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, Fig.2 und Fig.3 ist damit in einem Bereich von 100V DC bis 200 V DC beliebig stufenlos einstellbar. Die abgegebene Wirkleistung kann somit stufenlos geregelt wenden in einem Bereich zwischen 50% bis 100%. Die Eingangsspannung hat den Verlauf einer

Halbsinuswelle. Die Ausgangsspannung ist entsprechend in ihrem Verlauf der Halbsinuswelle moduliert. Spannungsveriauf und Stromverlauf sind nicht lückend und weisen keine Phasenverschiebung auf. Das Netz wird nur mit reiner Wirkleistung belastet. Durch den Aufbau der Schaltung werden bei Betrieb keinerlei Netzstörungen verursacht.

STEUERTEIL DER ERFINDUNG:

BILDUNG DER RECHTECKFÖRMIGEN STEUERSPANNUNG MIT EINSTELLBAREM PULSPAUSENVERHÄLTNIS:

In der Schaltungsanordnung nach. Fig.3 in den Varianten 1 und 2 wird zur Erzeugung der rechteckförrnigen Steuerspannung ein Schmitt Trigger als RC-Oszillator verwendet, bei dem ein zusätzlicher Ladezweig zum Entladezweig ergänzLwurxle für den Ladekondensator C6. Der Ladekondensator C6 ist mit dem Eingang des Nand Schmitt Trigger verbunden und über zwei weitere Zweige mit dem Ausgang des Nand SchmittTriggec Ein Zweig, bestehend aus Widerstand R3, Potentiometer R8, (Transistor T6 bei Variant 2) und Diode D3, stellt den Ladezweig (RückkopplungszweigX dar, über den der Ladekondensator aufgeladen wird. Der andere Zweig, bestehend aus Diode D4, Widerstand R4 und Potentiometer R5, stellt den Entladezweig des Ladekondensators C6 dar.

Da der Ausgang des Schmitt Trigger einen zu kleinen Ladestrom für den Ladekondensator liefert, für ein schnelles Aufladen des Ladekondensators, wird bei Variante 2 ein Transistor T6 zur Leistungsverstärkung dazwischengeschaltet in den Ladezweig, dessen Kollektor an der +15V Versorgungsspannung liegt. Damit wird erreicht, daß sich die Ladezeit des Kondensators aus dem Produkt des Ladewiderstands mal der Ladekapazität errechnet. De Ladezeitkonstante errechnet sich nach Te= (R3+R8) * C6.

Beim erstmaligen Einschalten der Anordnung ist die Spannung Uc am Ladekondensator C6 Null Volt Der Ausgang des Nand Schmitt Trigger liegt zu diesem Zeitpunkt auf +15V. Über den Rückkopplungszweig wird der Transistor durchgesteuert und der Ladekondensator aufgeladen bis die Schwellspannung am Eingang des Schmitt Trigger erreicht ist, bei dem der Ausgang des Schmitt Trigger auf Null Volt kippt. Der aufgeladene Ladekondensator entlädt sich nun über den Entladezweig mit derzeitkonstanten Ta= (R4+R5) * C6 bis am Eingang des Schmitt Trigger die Schwellspannung unterschritten wird, bei der der Ausgang erneut auf die +15V Versorgungspannung kippt. Zur Einstellung des Puls-Pausenverhältnisses des rechteckförmigen Steuersignals am Ausgang des Schmitt Trigger RC Oszillators dient das Potentiometer R8 im Ladezweig und das Potentiometer R5 im Entladezweig. Mit dem Potentiometer R8 des Ladezweiges wird die Zeitdauer des Impulses Te (Einschaltzeit) eingestellt, mit dem Potentiometer R5 des Entladezweiges die Impulspause Ta (Ausschaltzeit). Die Periodendauer des Steuersignales ist gegeben durch T =Te + Ta. Die Frequenz f des Steuersignals (Pulsfrequenz) ist durch den Kehrwert der Periodendauer I=IfT gegeben mit T=Te+Ta. Mit zunehmender Impulsbreite nimmt die Ausgangsspannung zu.

Bei einer praktisch realisierten Schaltungsanordnung nach Fig.1, Fig.2 und Fig.3 wurde ein Steuerteil verwendet, mit einer einstellbaren Steuersignalfrequenz (Pulsfrequenz) im Ultraschallbereich zwischen 16 kHz bis 20 kHz.

ABSCHALTUNG DER STEUERSIGNALE:

Eine Auswerteschaltung bestehend aus einem Spannungsteiler mit den Widerständen R6 und R7 liegt mit einem Ende an der zu messenden Ausgangsspannung und mit dem anderen Ende am Nullpotential. In der Mitte des Spannungsteilers wird die zu messende Referenzspannung abgegriffen und auf beide Eingänge eines Nand Schmitt Trigger geführt. Das Widerstandsteilerverhältnis R6 zu R7 wird so gewählt, daß bei anliegender maximaler Überwachungsspannung die Referenzspannung am Eingang des Nand Schmitt-Trigger den Schwellwert überschreitet, bei dem der Ausgang auf Null Volt kippt. Der Ausgang des Nand Schmitt Trigger wird zusammen mit dem Steuerimpulssignal an die Eingänge eine&wßitereixNand Schmitt-Trigger gelegt andern ein weiterer in Serie liegt. Dies stellt die eigentliche Und-Verknüpfung dar. Überschreitet die zu messende Spannung den maximalen Wert, so wird das Steuerimpuissignal unterbrachen.. Der Ausgang dea Nand Schmitt Trigger liegt mit Null Volt Potential an der Basis einer nachgeschalteten Gegentaktverstärkerschaltung zur Leistunqsverstärkung.

V/&Lgr;·?:

LEISTUNGSVERSTÄRKUNG DER STEUERSIGNALE ZUR ANSTEUERUNG DES IGBT:

Damit der Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT ) vom Sperrenden in den Leitenden Zustand übergehen kann, muß ein hinreichend großer Basisstrom ( Gate) fließen. Da die Ausgangsleistung der Nand-Schmitt Trigger zu gering ist um einen ausreichenden Basisstrom zum Durchsteuem der IGBT zu liefern, wird eine Stromverstärkerschaltung erforderlich. Zur Leistungsverstärkung wird eine Gegentaktschaltung bestehend aus den Transistoren T4 und T5 verwendet mit nur einer Betriebsspannung. Die Transistorschaltungen aus npn- und pnp-Transistoren haben ungefähr gleiche Verstärkereigenschaften. Jeder Transistor am Eingang ist nur während einer Halbperiode der Steuersignale leitend und kann verstärken. Wird die Gegentaktschaltung mit der pulsierenden Rechteckspannung angesteuert, so ist bei +15 V Transistor T4 leitend und bei 0 V ist Transistor T5 leitend. An der Basis des IGBT liegt bei Durchsteuerung von T5 eine kleine Sperrspannnung, die um die Basis-Emitter Spannung des pnp Transistors gegenüber dem Nullpotential erhöht ist. Diese Spannung reicht aus um die Basis des IGBT schnell von freien Ladungsträgem zu räumen und damit den über die Kollektor Emitter Strecke fließenden Strom zu sperren. Damit wird eine schnelle Kommutierungszeit des IGBT vom Leitenden in den Sperrenden Zustand erreicht, womit sehr hohe Steuersignalfrequenzen ( Pulsfrequenzen ) gewählt werden können.

HILFSPANNUNGSVERSORGUNG DES STEUERTEILS:

Für die Funktion des verwendeten Integrierten Schaltkreis Bauelements 4-fach-Nand Schmitt-Trigger im Steuerteil der Schaltung, wird eine Versorgungsspannung zwischen 12V DC und 15V DC benötigt. In Fig.2 Variante 1 wird ein Netzteil verwendet, das über einen Kleintransformator mit einer Wechselspannung von 18V AC gespeist wird. Die über eine Brückengleichrichter gleichgerichtete und geglättete Spannung wird mit einem in Serie geschalteten Festspannungsregler Typ 7815 zwischen Eingangskondensator und Ausgangskondensator auf eine Ausgangsspannung von +15V DC geregelt.

Die Hilfspannungsversorgung in Fig.2 Variante 2 wird aus der gleichgerichteten Netzspannung erzeugt. Ein Spannungsteiler bestehend aus Entkopplungsdiode D4, Vorschaltwiderstand R10 und Zenerdiode ZD12 liegt mit einem Ende an der gleichgerichteten Netzspannung. Das andere Ende des Spannungsteilers liegt auf Nullpotential. Parallel zur Zenerdiode ZD12 mit einer Zenerspannung von +12V liegt der Glättungskondensator C11. Über den Vorschaltwiderstand R10 wird der maximale Strom eingestellt.

Eine gleichwertige Schaltung für Variante 2 kann aus einem Spannungsteiler R9, Diode D4, Widerstand R10 und Zenerdiode ZD12 bestehen, wobei ein Glättungskondensator C10 parallel zu R10 und CD12 liegt. Der Lastkondensator C11 liegt parallel zu der Zenerdiode ZD12.

LEISTUNGSTEIL DER ERFINDUNG:

Das Grundprinzip beruht auf dem abwechselnden Laden einer Speicherinduktivität über einen elektronischen Schalter von einer Spannungsquelle und anschließendem Entladen der Spule über einen Lastkondensator (Ladekondensator). Beim Laden findet ein Einspeichern von elektrischer Energie in die magnetische Feldenergie einer Induktionsspule ( Drosselspule ) statt und beim Entladen der Drosselspule wird die magnetische Feldenergie in die elektrische Feldenergie eines Lastkondensators umgeladen. Dem Ladekondensator entnimmt ein angeschlossener Verbraucher die elektrische Energie.

Dieses Wirkungsprinzip wird in einer speziellen Schaltung nach Rg. 1,_ Rg.2 und Fig.3 in den Varianten 1 und 2 eines Gieichstromstellers als Hochsetzsteller zum Heraufsetzen einer halbsinusförmigen Eingangsgleic^spanrujngauteinevo^egebeneAusgangsg^eiciispannung benutzt. Der Leistungsteil der Schaltung ist in Fig. 1 in den Varianten 1 und 2 dargestellt.

In Fig..1 Variante 1 und 2 sindEntstörfilter für 2OkHz.vorgesehen, um ein Rückwirken der mit dem vielfachen der Steuersignalfrequenz ( Pulsfrequenz) auftretenden Oberschwingungsströme, die durch das Ein- und Ausschalten des LGBT entstehen, ins Versorgungsnetz zu verhindern. In Variante 2 werden mit einem vorgeschalteten Netzfilter, bestehen aus einem RC-Tiefpaß aus C1 und einem nachgeschalteten LC-Tiefpaß als Siebschaltung, bestehend aus L1 und C2_und L2_und C3

das vor dem BnjcfcengLeichricliter liegte hochfrequente Oberschwingungsströme (Störspannungen) weitgehend reduziert.

Eine Gleichrichtung der EingangswBchseLspannung wird mit dem Brückengleichrichter vorgenommen. Bei Variante 1 liegt parallel zum Brückengleichrichter ein Entkopplungskondensator C3 zur Entkopplung der 2QkHz.Strornimpulsevom Netz. Bei Variante 2 liegen die beiden Kondensatoren C4 und C5 parallel zum Brückengleichrichter.

Die Lxiftspaltdrossel mitFerritkeriv bei Variantel mit L bezeichnet und bei Variante 2 mit L3, stellt die eigentliche Speicherinduktivität dar. Mit einer speziell dimensionierten Luftspaltdrossel für die Erfindung^ wMeinfastverlusUoseaeinspeLCheniund ausspeichem von elektrischer Energie in Form von magnetischer Feldenergie dadurch erreicht, daß eine große Induktivität gewählt wird, damit bei großem Stromfluß^ während dec EinschaltzeiLdes Transistors, der magnetische Fluß nicht in die Sättigungszone gelangt, bei der eine weitere Stromerhöhung keine nennenswerte magnetische Flußänderung mehr erbringt.

Bei Variante 2 wird eine Luftspaltdrossel mit Mittenanzapfung verwendet, die auch bei durchgesteuertem IGBT ein Nachladen des Lastfilterkondensators C6, C7, C8 und C9 ermöglicht. Zeitgleich wird über die zweite Hälfte der Spule der Magnetisierungsfluß erzeugt. Beim Sperren des IGBT wird die gespeicherte magnetische Energie umgeladen in die Lastkondensatoren C6 bis C9. Mit der Mittenanzapfung wird eine kleinere Oberwelligkeit der Ausgangsspannung erreicht, da die Entladung der Lastkondensatoren geringer ausfällt, als bei Variante 1. Die Mittenanzapfung bewirkt eine erhebliche Verringerung der Amplitude der 2OkHz Oberschwingung (Oberwelligkeit), die der halbsinusförmigen Ausgangsspannung überlagert ist.

Als Stellglied des Gleichstromstellers wird in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in den Varianten und 2 ein Injection-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT) als Leistungsschalter verwendet, der von einem elektronischen Steuerteil mit einer Steuersignalfrequenz ( Pulsfrequenz) zwischen 16kHz und 20 kHz so angesteuert wird, daß die Ausgangsspannung mit einem Proportionalitätsfaktor von 1 bis 2 der Eingangsspannung folgt. Über das eingestellte Puls-Pausenverhältnis der Steuersignale wird der Energiefluß zur Speicherinduktivität durch die Impulsdauer festgelegt. Über die Speicherinduktivität und den IGBT fließt während der Einschaltzeit ein exponentiell ansteigender Kurzschlußstrom. Schmale Pulse ergeben eine niedrige Ausgangsleistung. Breite Pulse ergeben eine hohe Ausgangsleistung.

Die in Variante 2 parallel zum IGBT geschaltete Freilaufdiode hateine Schutzfunktion und begrenzt entstehende negative Spannungsspitzen, die beim Abschalten des Kurzschlußstomes durch den IGBT entstehen.

Die Entkopplungsdioden D2 in Variante 1 und D2 und D3 in Variante 2 verhindern ein Kurzschließen der Energie des Lastkondensators über den IGBT Leistungsschalters beim Laden der Speicherinduktivität. Ist der IGBT hochohmig geworden in der Schaltpause, dann treibt die gespeicherte magnetische Energie in der Ladeinduktivität einen Ladestrom über die Entkopplungsdiode D2 in den Lastkondensator C2 bei Variante 1 und in C6 bis C9 bei Variante 2.

Der Lastkondensator C2 in Variante 1 und die verwendeten Lastkondensatoren C6 bis C9 in Variante 2 sind die Energiespeicher, aus denen die angeschlossenen Verbraucher ihre elektrische Energie beziehen.

Ein Kühlkörper ist erforderlich für die in den Leistungshalbleiterbauelementen durch ohmsche Widerstände bei Stromfluß entstehende Wärme, die zwingend abgeführt werden muß, damit die kritische Bauteiletemperatur von 150° Celsius nicht überschritten wird, bei der eine Zerstörung des Bauteils stattfindet. Die Wärmeabfuhr über den Kühlkörper wird so bemessen, daß maximal 80° Celsius an den Halbleiterbauelementen entstehen bei maximal zulässigem Strom.

Ein Gehäuse aus Eisenblech schirmt zusätzlich die durch die Taktfrequenz von 16 bis 20 kHz entstehenden hochfrequenten elektromagnetischen Felder nach außen ab.

VERWENDUNG DER ERFINDUNG:

Mit einem Umwandler der nach Schaltungsanotdnung in Fig J _rFig^2_und. Rg.3 gegeben ist, kann ein Betrieb von Verbrauchern mit Nennspannungen 220V AC und einer Frequenz von 50 Hz in einem Versorgungsnetz, mit geringerer Netznennspannung mit 120V AC und 60 Hz Frequenz erfolgen. Durch die Versorgung der Verbraucher aus einem hochgesetzten Gleichspannungszwischenkreis wird eine gleiche Ausgangsnennleistung.erreicht Die. Schaltungsanordnung^ermöglicht den Betrieb von Haushaltsgeräten europäischer Bauart im amerikanischen Markt, sofern die behördlichen Zulassungsbedingungen für diese Geräte.erfüllt werden^ohne aufwendige Umbaumaßnahmen vorzunehmen. Mit der Schaltungsanordnung können alle in elektrischen Haushaltsgeräten verwendeten Universalmotoreastufenlos in der Drehzahl geregelt werden. Zur Anpassung von elektrischen Geräten mit drehzahlverstellbaren Universalmotoren über eine Phasenanschnittssteuerschaltung^ kann diese ersetzLwerden durch eine im Layout angepaßte Schaltungsanordnung des Gleichstromstellers als Hochsetzsteller.

Das universelle SteuerteiLnach SchaltungsanorjdnungJnRg.3 in den Varianten 1 und 2 kann eingesetzt werden zur Steuerung von Leistungshalbleiterbauelemente (Transistoren ), in praktischen AnwendungenvoaGleichstramstellerschaltungen als Tiefsetzsteller nach Rg.8 zum Herabsetzen von Eingangsgleichspannungen für die Drehzahlregelung von Gleichstrommaschinen , oder bei einem speziell dimensionierten Tiefsetzstellet nach RgJJ₁.der die Bngangsnennspannung von 220V AC auf 110V DC herabsetzt, und somit den Betrieb von Haushaltsgeräten amerikanischer Bauart mit Nennspannungen von 120V AC^ 6QHzJm europäischen Versorgungsnetz ermöglicht, sofern sie die europäischen Zulassungsbestimmungen erfüllen.

Ein weitere&Einsatzgebietdes SteuerteilS-isL in einer Gleichstromstellerschaltungen als Hochsetzsteller für den Bremsbetrieb einer Gleichstrommaschine nach Rg.9, mit Energierückspeisungin einen Gleichspannungszwischenkreis möglich.

Mit einem in der Funktion erweiterten Steuerteil nach Rg.5 können zwei Leistungstransistoren abwechselnd, angesteuertwerden bei. einem innovativen DC-DC Konverternach Rg.4 mit Wechselstromzwischenkreis.

VORTEILHAFTE.WIRKUNGEN DER ERFINDUNG:

Mit dem Leistungsmodul als Vorschaltgerät ist ein Betrieb von Haushaltsgeräten europäischer Bauart mit Nennspannungen220V AC, 5QHz_oder amerikanischer BauartmitNennspannungen 120V AC₁ 60Hz auf dem jeweils anderen Markt mit anderer Nennspannung möglich. Herstellern elektrischer Getäte mit kleineren Serien wird durch die Verwendung der Schaltungsanordnung des Gleichstromstellers als Hochsetzsteller nach Rg. 1, Rg.2 und Rg.3 oder als Tiefsetzsteller nach.Rg.8 ecmöglicht.ohne langwierigen, teuren und risikoreichen Umentwicklungsaufwand ihrer elektrischen Geräte, auf andere höhere oder tiefere Nennspannungen des Exportziellandes,, ihr Produkt dort zügig.einzuführen undzu vermarkten. Mit einer individuell anpaßfähigen Schaltungsrealisierung bezüglich Layout, Ausgangsspannung und Ausgangsleistung, ist mit der Erfindung.ein breiteaEinsatzspektaim für praktische Anwendungen gegeben. Die Ausgangsleistung ist sowohl bei der Schaltungsanordnung des Hochsetzsteller nach Rg. 1, Rg.2 und Fig.3 und.Tiefsetzstellers nach RgJi₁.als auch der des DC-DC Konverters nach Rg.4 mit entsprechender Dimensionierung des Schaltungsauf baus und der Wahl der verwendeten Leistungshalbleiterbauelemente beliebig-anpaßbar..

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STÜCKLISTE EINER PRAKTISCH REALISIERTEN SCHALTUNG:

In einer praktisch ausgeführten Schaltungsanordnung nach Fig. 1, Fig.2 und Fig.3 in der Variante 1, für

kommi lit den	ändes Ausführungsbeispiel für d angegebenen Daten verwendet	ie vorliegende E
C1	Kondensator Typ MKP	0,047iiF; 630V
D1	Diode	800V; 1A
D2	Ultra Fast HV Diode	600V; 3OA
C2	Kondensator MKS	2-5uF; 630V
R1	Widerstand	100&OHgr;; 1W
C3	Kondensator	1pF; 160V
P1	Brückengleich lichter	2OA, 400V
TV	Transformator 110V/15V	0,25VA
P2	Brückengleichrichter	40V; 1A
C4	Kondensator	10OuF; 40V
P3	Festspannungsregler 7815	100mA; 15V
C5	Kondensator	22uF; 40V
R3	Widerstand	5kO; 0.25W
R4	Widerstand	5kQ; 0.25W
R7	Widerstand	5kQ; 0,5W
R5	Potentiometer	17kO;
R8	Potentiometer	17kO;
D3	Diode 1N4148	1A; 100V
D4	Diode 1N4148	1A; 100V
P4	Transistor npn	2N2219A
P5	Transistor pnp	2N2905
R6	Widerstand	15OkQ; 0,5W
IC	4 fach Nand Schmitt Trigger	CMOS 4093
L*	Luftspaltdrosselspule mit	0,2-0,5 H; 1&OHgr;
	Ferrit E Kern Abschirmung
	eoWdgCumit 1mm²
T1	IGBT Ultra-Fast, ab 1OkHz	600V; 4OA
	IRGBC40U
1	Aluminium Rippenkühlkörper	120x80x20mm
4	Ferrit E Kerne	20x40mm

Hinweis: Wird für die Herstellung der Induktivität ein lackisolierter Spulendraht mit einem Querschnitt von 1mm² verwendet, sollte der majemaJeDauerstPom^SAnicht übersteigen. Bei einer Eingangsnennspannung von 120V AC ergibt sich ein Mittelwert der gleichgerichteten Eingangsspannung von ungefähr 110V DC, die an der Spule anliegen. Mit dem maximal fließenden Dauerstrom von 8A über der Spule, errechnet sich eine maximale elektrische Leistung von: Pmax = U*l = 110V*8A = 880W.
Diese Leistung kann an einen angeschlossenen Verbraucher abgegeben.werden^

Claims

SCHUTZANSPRÜCHE:

ANSPRUCHS

Gleichstromsteller, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach der Schaltungsanordnung in Rg. 1, Rg.2 und Fig.3 in den möglichen Varianten 1 und 2 realisiert werden, zur Umwandlung von Wechselspannung nach Gleichspannung mit einer entsprechendenAnpassung des Mittelwertes der resultierenden Gleichspannung zum entsprechenden Effektivwert der Wechselspannung und damit ein Betrieb von elektrischen. Gerätenmithöherer Nennspannung an. elektrischen Versorgungsnetzen mit geringerer Nennspannung ermöglicht. Mit Wechselspannung wird hier die ursprüngliche Netzspannung,(- Nennspannung4gemeint.für diedas-elektrische Gerät ausgelegt wurde.

Gleichstromsteller, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Schaltungsanordnung in Rg. 1, Rg.2 und Fig.3 in den Varianten 1 und.2 gebaut wird,_der eine-Bngangsaennspannung von 120V AC, 60Hz auf 200V DC umwandelt, womit ein Betrieb von Haushaltsgeräten, Universalmotoren, elektrischen Verbrauchern mitNennspannungeavon220V AC^SOHz möglictusL Der in Rg. 1, Rg.2 und Rg.3 in den Varianten 1 und 2 konzipierte Gleichstromsteller ( Umwandler), richtet über einen Brückengleichrichter eine.BngangswechselspannungLvon 120V AC gleich. Die Ausgangsgleichspannung wird dadurch erhöht, daß in sehr schnell aufeinanderfolgenden Schalthandlungen zuersLbeLeinem Ladevorgang- elektrische EnergieJn magnetische Feldenergie einer Drosselspule (Induktivität) umgewandelt wird und in einem daran anschließenden Entladevorgang ein Umspeichernder magnetischen Energie in elektrische Feldenergie eines Kondensators erfolgt. Die Ausgangsspannung des Kondensators erhöht sich bei gleicher Kapazität, falls zeitgleich-mehr Energie eingeladen wirxL als von einem angeschlossenen Verbraucher ausgeladen wird.

Für die schnellen.Schalthandiungenwird.ein.elektronisch-steuerbares Stellglied benutzt, in Form eines Injection-Gate-Bipolar-Transistor Leistungshalbleiterbauelements (IGBT). Ein SteuerteiLliefertSteuersignale miteinenLeinsteJlbareaPulSrPausen Verhältnis mit sich daraus ergebenden Steuersignalfrequenz zwischen 16 bis 2OkHz. Mit einem in der Impulsbreite einstellbaren undder Impulspausel festgelegtem Steuersignal wird die Basisdes IGBT nun derart moduliert angesteuert, daß die Ausgangsspannung ohne Phasenverschiebung der halbsinusförmigen Eingangsspannung mit einem Proportionalitätsfaktor 1 txsZfolgLJenach eingestellter Impulsbreite wird die Ausgangsspannung regelbar in einem Bereich von 100V DC bis 200V DC.

ANSPRUCH 2:

Steuerteil, dadurch gekennzeichnet, daß es nach Schaltungsanordnung in Fig.3, in den Varianten 1 und 2 aufgebaut ist, bei dem eine variable Pulslänge und eine variable Pulspause über Potentiometer eingestellt werden kann und sich die Steuersignalfrequen^ durch das Puls-Pausen-Verhältnis (
Pulsfrequenz) ergibt.

Die Steuersignale werden durch die Verwendung einer aus pnp- undnpn-Transisstoren gebildeten Gegentaktverstärkerschaltung verstärkt, wodurch ein direkter Anschluß an das Gate oder die Basis eines Leistungshalbleiterbauelementes erfolgen kann.