DE3033196A1 - Steuerung fuer einen transistor-wechselrichter - Google Patents

Steuerung fuer einen transistor-wechselrichter

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DE3033196A1
DE3033196A1 DE19803033196 DE3033196A DE3033196A1 DE 3033196 A1 DE3033196 A1 DE 3033196A1 DE 19803033196 DE19803033196 DE 19803033196 DE 3033196 A DE3033196 A DE 3033196A DE 3033196 A1 DE3033196 A1 DE 3033196A1
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Germany
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inverter
transistor
control
battery
charging
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DE19803033196
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English (en)
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Peter Ing Grad Osswald
Heinrich Dipl Ing Schott
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
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    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • H02M7/53806Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration with automatic control of output voltage or current in a push-pull configuration of the parallel type

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Description

  • Steuerung für einen Transistor-Wechselrichter
  • Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen Transistor-Wechselrichter in Gegentaktschaltung mit Batterieladeeinrichtung mit einem Steuerteil für Wechselrichterbetrieb, über den zwei Wechselrichter-Schalttransistoren angesteuert werden und mit einem Steuerteil für Ladebetrieb, über den ein im Ladestromkreis eingeschalteter Regeltransistor gesteuert wird.
  • Der Transistor-Wechselrichter erzeugt eine übliche Netzspan;4ing, beispielsweise von 220 Volt und 50 Hz. Er soll vorweigend bei Netzausfall als Notstromversorgung Verwendung finden. Bei vorhandener Netzspannung wird die Batterie des Transistor-Wechselrichters aufgeladen.
  • Eine Schaltungsanordnung eines Transistor-EFchselrichters, mit dem wichtige Wechselspannungsverbraucher bei Netzausfall weiterversorgt werden können, ist bereits bekannt (Funkschau 1973, Heft 25, Seiten 979 bis 981).
  • Die bekannte Schaltung besteht aus einem selbsterregten Gegentaktwechselrichter und einer Gleichrichterschaltung mit einem nachgeschalteten Serienregler, die einenleistungsstarken Transformator als gemeinsames Schaltungsteil benutzen. Unter Verwendung eines Umschalters wird die Hauptwicklung des Transformators wahlweise an die im Gegentaktbetrieb arbeitenden Schalttransistoren oder zur Batterieladung an zwei Gleichrichterdioden angeschaltet. Da die Schaltungsanordnung im Wechselrichterbetrieb auch als Netzersatzschaltung arbeiten soll, muß der rückgekoppelte Wechselrichter mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz schwingen.
  • Nachteilig bei der angegebenen Schaltungsanordnung ist es, daß die Umschaltkontakte auf der Gleichspannungsseite hohe Ströme schalten müssen. Der Transformator wird im Sättigungsbereich betrieben. Dies führt zu Problemen bezüglich der Symmetrie der Spannungshalbwellen und führt zu erhöhter Schaltbeanspruchung der Leistungstransistoren durch Stromspitzen. Sicherheitseinrichtungen, die bei Überlast eine Zerstörung der Schaltungseinrichtung verhindern, fehlen.
  • In einem älteren Vorschlag, der deutschen Patentanmeldung P 29 14 056, ist eine kombinierte Wechselrichter-Batterieladeschaltung angegeben, bei der die Wechselrichter-Transistoren von einer Wechselrichter-Steuerung angesteuert werden und der Ladestrom von einer Regelbaugruppe kontrolliert wird. Über die Ausführung der beiden Schaltungsteile sind keine Angaben gemacht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerung für einen Transistor-Wechselrichter mit Batterieladeeinrichtung anzugeben, die geringe Schaltbeanspruchung und Erwärmung der Wechselrichter-Transistoren gewährleistet und Sicherheitseinrichtungen gegen Überlastung beinhaltet.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb zwei der Ansteuerung der Wechselrichter-Schalttransistoren dienende Konstantstromquellen vorgesehen sind, daß zwischen Basis und Emitter jedes Wechselrichter-Schalttransistors ein weiterer Schalttransistor angeordnet ist, der die Basis-Emitter-Strecke des Jeweiligen Wechselrichter-Schalttransistors kurzschließt, wenn dieser gesperrt wird, und daß im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb und im Steuerteil für Ladebetrieb Uberwachungseinrichtungen vorgesehen sind, die eine Zerstörung des Wechselrichters und der Batterieladeeinrichtung durch Überlastung verhindern.
  • Bei dieser Schaltungsanordnung werden die Schalttransistoren mit einem genau definierten Basisstrom versorgt. Sobald ein Schalttransistor sperrren soll, wird seine Basis-Emitter-Strecke durch einen zusätzlichen Transistor kurzgeschlossen. Dadurch erfolgt der Sperrvorgang sehr rasch, und die Schalttransistoren erwärmen sich wenig.
  • Für die Betriebssicherheit ist es vorteilhaft, wenn im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb eineSberwachungseinrichtung des Batteriestromes bei Wechselrichterbetrieb vorgesehen ist, die durch Steuerung der Konstantstromquellen eine Überlastung der Wechselrichter-Transistoren verhindert.
  • Es ist ferner vorteilhaft, daß eine Temperaturüberwachungsschaltung für die Gehäusetemperatur der Wechselrichter-Schalttransistoren vorgesehen ist, die ebenfalls durch Steuerung der Konstantstromquellen eine Überlastung der Wechselrichter-Schalttransistoren verhindert.
  • Durch eine Überwachungseinrichtung werden die Ströme in den Schalttransistoren begrenzt. Bei einem Kurzschluß auf der Wechselspannungsseite des Transformators kann es jedoch zu einer thermischen Überlastung der Wechselrichter-Schalttransistoren kommen. Durch einen Kaltleiter wird (jedoch die Erwärmung der Wechselrichter-Schalttranistoren gemessen und ihr Kollektorstrom auf einen zulässigen Höchstwert herabgeregelt.
  • Es ist vorteilhaft, daß im Steuerteil für Wechselrichter -Betrieb an den Kollektor Jedes Wechselrichter-Schalttransistors eine Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes angeschaltet ist, die mit der Basis eines der Konstantstromquelle vorgeschalteten Verstärkertransistors des anderen Wechselrichter -Schalttransistors verbunden ist.
  • Hierdurch wird sichergestellt, daß jeweils nur ein Schalttransistor leitend ist.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
  • Es zeigen Fig. 1 das Prinzip des Wechselrichters mit Steuerung ST, Fig. 2 eine Ausführung des Steuerteiles SW für Wechselrichterbetrieb und Fig. 3 eine Ausführung des Steuerteils SL für Ladebetrieb, In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild eines Wechselrichters angegeben. Ein Verbraucher VE ist an dz Hochspannungswicklung HW eines Transformators TR angeschlossen.
  • Über einen Relaiskontakt r1 ist die Schaltungsanordnung bei Wechselrichterbetrieb von dem Wechselspannungsnetz UN abgetrennt.Der Relaiskontakt rl wird beispielsweise durch ein Relais RA betätigt,das zwischen den Polen NA1 und NA2 der Netzwechselspannung liegt. Die Niederspannungsseite des Transformators TR weist eine Wicklung M1 und M2 mit einer Mittelanzapfung M auf, die mit dem Pluspol +UB einer Batterie BA verbunden ist.Die Anschlußp;unkte W1 und W2 zweier zur Mittelanzapfung symmetrischer Wicklungen M1 und M2 sind mit Jeweils einem Kollektor eines Wechselrichter-Schalttransistors T1 bzw. T2 verbunden.Die Emitter dieser beiden Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 sind zusammengeschaltet und über eine Entkopplungsdiode D1 an den Minuspol -UB der Batterie BA geschaltet.
  • Da in dieser Schaltungsanordnung npn-Transistoren ver- wendet werden, ist der Minuspol der Kathode der Entkopplungsdiode D1 mit dem Minuspol -UB der Batterie verbunden. Die Basis des Wechselrichter-Schalttransistors T1 und die Basis des Wechselrichter-Schalttransistors T2 sind mit zwei Ausgängen eines Steuerteiles SW für Wechselrichterbetrieb verbunden.
  • Eine Zusatzwicklung N1 ist in Reihe zu der Wicklung Ml geschaltet; zu der Wicklung M2 ist eine zu N1 symmetrische Wicklung N2 in Reihe geschaltet. Die äußeren Anschlußpunkte L1 und L2 der Zusatzwicklungen N1 und N2 sind jeweils mit der Kathode zweier Gleichrichter-Dioden D2 und D3 verbunden. Die Anoden dieser Dioden sind zusammengeschaltet und mit dem Emitter eines npn-Regeltransistors T3 verbunden. Der Kollektor dieses Regeltransistors ist ebenfalls an den Minuspol -UB der Batterie geschaltet. Die Basis des Regeltransistors TD ist mit dem Ausgang eines Steuerteiles SL für Ladebetrieb verbunden. Ein Umschaltkontakt r2 des Relais RA ist mit dem positiven Potential + UB der Batterie BA verbunden. Bei Wechselrichterbetrieb wird das positive Potential +UB der Batterie BA über den Kontaktanschluß 1 an das Steuerteil SW für Wechselrichterbetrieb geschaltet. Bei Ladebetrieb ist der Relaiskontakt rl geschlossen; dadurch wird die Hochspannungswicklung HW an die Netzspannung UN gelegt. Der Relaiskontakt r2 ist umgeschaltet und versorgt über den Kontaktanschluß 2 das Steuerteil SL für Ladebetrieb mit dem positiven Potential +UB der Batterie. Bezugspotential für beide Steuerteile ist der Minuspol -UB der Batterie. Beide Steuerteile bilden die Steuerung ST. Bei der beschriebenen Ausführung wurden als Wechselrichter-Schalttransistoren und als Regeltransistor npn-Typen verwendet.
  • Bei der Verwendung von pnp-Transistoren ergibt sich eine komplementäre Schaltung.
  • Zunächst wird die Funktion der Schaltung~tei~techselrichterbetrieb erläutert. Wechselrichterbetrieb tritt dann ein, wenn die Netzspannung UN fehlt. In diesem Fall wird durch das Relais RA über den Relaiskontakt rl die Hochspannungswicklung HW von zumindest einem Netzanschlußpunkt NAl abgeschaltet. Der Verbraucher VE, der an die Anschlußpunkte der Hochspannungswicklung HW angeschlossen ist, wird nun aus der Batterie BA versorgt. Über den zweiten Relaiskontakt r2 wird das Steuerteil SW für Wechselrichterbetrieb an das positive Potential +UB geschaltet. Das Steuerteil SL für Ladebetrieb ist spannungslos, dadurch wird der Regeltransistor T3 gesperrt. Durch das Steuerteil SW wird wechselweise der erste Wechselrichter-Schalttransistor Tl oder der zweite Wechselrichter-Schalttransistor T2 durchgeschaltet. Entsprechend fließt der Strom vom positiven Potential +UB der Batterie BA über die Mittelanzapfung M des Transformators TR einmal über die obere Wicklung M7 und über den ersten Wechselrichter-Schalttransistor T1 und die Diode D1 zum Minuspol -UB der Batterie oder über die Mittelanzapfung M und die untere Wicklung M2 und den zweiten Wechselrichter-Schalttransistor T2 sowie die Diode Dl zum Minuspol -UB der Batterie. Durch das periodische Umschalten wird in der Hochspannungswicklung HW eine Wechselspannung erzeugt, die den Verbraucher VE versorgt. Die Diode D1 verhindert einen inversen Betrieb der Wechselrichter-Schalttransistoren Tl und T2, wenn die Spannung am Wicklungsanschluß W7 bzw. W2 hohe negative Werte erreicht.
  • Der Ladestromkreis ist durch die Gleichrichter-Dioden D2 und D3 sowie durch den gesperrten Regeltransistor T3 unterbrochen.
  • Ist Netzspannung vorhanden, so wird automatisch auf Ladebetrieb umgeschaltet. Das Relais RA bewirkt ein Schließen des Relaiskontaktes rl sowie ein Umschalten des zweiten Relaiskontaktes r2, so daß das Steuerteil SL für Ladebetrieb mit dem Pluspol +UB der Batterie BA verbunden ist. Die Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 werden von dem Steuerteil SW für Wechselrichterbetrieb nicht mehr angesteuert und sperren. Uber die Diode D1 wird erneut ein inverser Betrieb dieser Transistoren verhindert. Der Ladestrom fließt über die Diode D2 bzw. D3 und den Regeltransistor T3. Durch die aufgestockten Windungen N1 und N2 ist dafür gesorgt, daß eine ausreichend hohe Spannung zur Ladung vorhanden ist und der Ladevorgang rasch vor sich geht.
  • In Fig. 2 ist ein ausgeführtes Steuerteil SW für Wechselrichterbetrieb mit den beiden Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 sowie der Diode D7 dargestellt. Der Kollektor des ersten Wechselrichter-Schalttransistors T1 ist auf den Anschlußpunkt W1 der Wicklung Ml geführt. Dieser ist mit dem Anschlußpunkt Wl des Transformators TR identisch. Der Kollektor des zweiten Wechselrichter-Schalttransistors T2 ist mit dem entsprechenden Anschlußpunkt W2 verbunden. Die Emitter beider Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 sind zusammengeschaltet und über die Entkopplungsdiode D1 sowie über einen Meßwiderstand R5 mit geringem ohmschen Widerstand mit dem Minuspol -UB der Batterie BA verbunden. Der Minuspol der Batterie wird als Bezugspotential (Masse) angesehen und ist mit C bezeichnet. Die Wechselrichter-Schalttransistoren T1,T2 werden über Konstantstromquellen mit der Netzfrequenz angesteuert. Der Ausgang eines Oszillators QS ist mit dem Eingang eines Frequenzteilers FT verbunden, dessen Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers V1 und dem invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers V2 verbunden ist. Der invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers und der nichtinvertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers V2 sind zusammengeschaltet und über eine Diode D4 an das Bezugspotential C gelegt. Ein Widerstand R6 ist von den zusammengeschalteten Eingängen an das positive Batteriepotential +UB geschaltet. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers V1 ist über einen Basiswiderstand RIl mit der Basis eines ersten Verstärkertransistors T11rp) verbunden, die über einen zweiten Basiswiderstand R12, über den Anschlußpunkt 1 des Relaiskontaktes und den Relaiskontakt r2 mit dem Punkt M, dieser entspricht der Mittelanzapfung des Transformators TR, verbunden ist. Der Emitter des ersten Verstärkertransistors T11 ist über eine Vorspannungsdiode D10 ebenfalls mit dem Anschlußpunkt 1 des Relaiskontaktes r2 verbunden. Der Kollektor des ersten Verstärkertransistors T11 ist mit einem Widerstand R14 und mit der Anode einer Diode D12 verbunden. Der zweite Anschlußpunkt des Widerstandes R14 ist mit der Basis eines weiteren npn-Schalttransistors T13 und über einen Widerstand R13 mit den Emittern der Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 verbunden. Der Verbindungspunkt der Emitter ist mit CW bezeichnet; er ist das Bezugspotential für die Ansteuerung der Wechselrichter-Schalttransistoren.
  • Der weitere npn-Schalttransistor T13 liegt mit dem Emitter an dem Schaltungspunkt CW und mit dem Kollektor an der Basis des ersten Wechselrichter-Schalttransistors T1. Über die Diode D12 wird ein als Konstantstromquelle geschalteter pnp-Transistor T12 angesteuert. Die Basis dieses Transistors ist mit der Kathode der Diode D12 verbunden sowie über eine Entkopplungsdiode DII und eine Z-Diode Zl mitc2em Anschluß- punkt 1 des Relaiskontaktes r2verbundi.Über einen Widerstand R15 ist die Basis des pnp-Transistors T12 außerdem an den Schaltungspunkt CW angeschaltet. Der Emitter ist über einen Emitterwiderstand R1 an den Anschlußpunkt 1 des Relaiskontaktes r2 angeschaltet sowie mit dem Emitter eines pnp-Transistors T22 einer symmetrisch aufgebauten Ansteuerschaltung für den zweiten Wechselrichter-Schalttransistor T2 verbunden. Der Kollektor des pnp-Transistors T12 ist ebenfalls mit der Basis des ersten Wechselrichter-Schalttransistors T1 verbunden. Die Ansteuerung für den zweiten Wechselrichter-Schalttransistor T2 ist völlig symmetrisch zu der des ersten Wechselrichter-Schalttransistors aufgebaut.
  • Angesteuert wird dieser Schaltungsteil über den zweiten Operationsverstärker V2. Die Bauteile dieser zweiten Schaltungshälfte sind mit einer 2 als erster Ziffer bezeichnet. Die Emitter der Transistoren T12 und T22 sowie T11 und T21 sind miteinander verbunden, so daß der Widerstand R1, die Z-Diode Z1 und die Vorspannungsdiode D10 nur einmal vorhanden sind. Der Kollektor CT1 des ersten Wechselrichter-Schalttransistors T1 ist über eine aus einer Diode D13 und einem Widerstand R16 bestehende Reihenschaltung mit der Basis des Verstärkertransistors T21 im Ansteuerteil des zweiten Wechselrichter-Schalttransistors T2 verbunden. Ebenso ist der Kollektor CT2 des zweiten Wechselrichter-Schalttransistors 2 über eine entsprechende Reihenschaltung mit der Basis des Verstärkertransistors T11 verbunden. Bei beiden Wechselrichter-Schalttransistoren T1, T2 sind zwischen Basis und Kollektor Z-Dioden ZT1 bzw. ZT2 geschaltet.
  • Eine Überwachungsschaltung zur Begrenzung der Schaltströme durch die Wechselrichter-Schalttransistoren Tl bzw. T2 enthält einen dritten Operationsverstärker V3 und einen zur Z-Diode Z1 der Konstantstromquellen parallel geschalteten Steuertransistors T4. Über einen an das positive Batteriepotential angeschlossenen Widerstand R7 ist eine Z-Diode Z2 nach Masse geschaltet.
  • Der nichtinvertierende Eingang des dritten Operationsverstärkers V3 ist Uber einen Widerstand R8 und zwei Kaltleiter Kl und K2 an die Kathode der Z-Diode Z2 angeschaltet und über einen weiteren Widerstand R9 mit Masse verbunden. Der invertierende Eingang des dritten Operationsverstärkers ist mit dem zweiten Anschluß des Meßwiderstandes R5 und damit auch mit der Kathode der Entkopplungsdiode D7 verbunden. Der Ausgang des dritten Operationsverstärkers ist über einen Basiswiderstand R3 mit der Basis des Steuertransistors T4 verbunden; zwischen dem Ausgang des dritten Operationsverstärkers und dem Emitter des Steuertransistors T4 ist eine aus einem Widerstand R4 und einem damit in Reihe geschalteten Kondensator C1 bestehende Siebschaltung angeschlossen.
  • Zwischen Basis und Emitter des Steuertransistors T4 ist außerdem ein Widerstand R2 geschaltet.
  • Vom Oszillator OS wird eine konstante Frequenz erzeugt.
  • Diese wird vom Frequenzteiler FT auf die gewünschte Netzfrequenz heruntergeteilt. Der erste Operationsverstärker V1 dient allein Verstärkungszwecken,während der zweite Operationsverstärker V2 gleichzeitig als Inverter arbeitet. Die beiden Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 werden demnach von gegenphasigen Spannungen angesteuert. Die Öffnungszeiten der Transistoren Tl und T2 sind exakt gleich, da sie durch Frequenzteilung aus einer höheren Frequenz bestimmt werden. Der Verstärkertransistor TIl wird über den Widerstand Ril vom ersten Operationsverstärker angesteuert. Liegt eine positive Spannung an der Basis des Verstärkertransistors T11, so wird er gesperrt. FUr die sichere Sperrung sorgt auch die Diode D10 im Emitterkreis dieses Transistors. Der Transistor T12 der Konstantstromquelle erhält, sobald der Verstärkertransistor Til gesperrt ist, über den Widerstand R15 Basisstrom. Der Transistor T12 ist leitend und liefert an seinem Kollektor den Basisstrom für den Wechselrichter-Schalttransistor T1. Der durch den Transistor T12 fließende Strom ist Jedoch durch den Widerstand R1 begrenzt. Erreicht die Spannung an diesem Widerstand die Spannung der Z-Diode Z1, die über die Entkopplungsdiode D11 mit der Basis des Transistors T12 verbunden ist, so kann der Emitterstrom nicht weiter zunehmen.
  • Der erste Wechselrichter-Schalttransistor T1 wird demnach mit einem konstanten Strom angesteuert. Der weitere npn-Schalttransistor T13 ist gesperrt. Wird jetzt der Verstärkertransistor T11 mit einer negativen Spannung an seiner Basis angesteuert, so wird er leitend.
  • Dies hat zur Folge, daß der Transistor T12 der Konstantstromquelle über die Diode D12 gesperrt wird, während der weitere npn-Schalttransistor T13 über den Widerstand R14 mit Basisstrom versorgt wird und leitend wird. Dadurch wird die Basis-Emitter-Strecke des ersten Wechselrichter-Schalttransistors T1 kurzgeschlossen und der erste Wechselrichter-Schalttransistor Tl sperrt sehr rasch. Durch das rasche Sperren wird. seine Verlustleistung gering gehalten. Der zweite Wechselrichter-Schalttransistor T2 wird stets gegenphasig zu T1 angesteuert. Die Reihenschaltung aus der Diode D13 und dem Widerstand R16 sorgt dafür, daß der zweite Schalttransistor T2 solange gesperrt bleibt, wie der erste Schalttransistor T1 noch leitend ist. Umgekehrt wird durch die Reihenschaltung aus der Diode D23 und dem Widerstand R26 dafür gesorgt, daß der erste Schalttransistor T1 solange gesperrt bleibt, wie der zweite Schalttransistor T2 durchgeschaltet ist. Die Z-DiodZT1 und ZT2 schützen die Wechselrichter-Schalttransistoren gegen eine unzulässig hohe Sperrspannung beim Ansch.luß induktiver Verbraucher.
  • Die Überwachungsschaltung sorgt dafür, daß die Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 thermisch nicht überlastet werden. Dem nichtinvertierenden Eingang des dritten Operationsverstärkers V3 wird eine konstante, ufer die Z-Diode Z2 erzeugte Spannung zugeführt. Der Battriestrom wird am Meßwiderstand R5 gemessen; überschreitet er einen vorgegebenen Wert, so wird der Steuertransistor T4 über den dritten Operationsverstärker V3 leitend gesteuert. Da er parallel zur Z-Diode Z1 der Konstantstromquellen liegt, wird damit der Basisstrom der Wechselrichter-Schalttransistoren verringert und ihr Kollektorstrom begrenzt.
  • Den Wechselrichter-Schalttransistoren T1 und T2 sind außerdem die Kaltleiter K1 und K2 zugeordnet. Erreichen die Wechselrichter-Schalttransistoren die zulässige Erwärmung, so wird über den Steuertransistor T4 wied der Kollektorstrom so weit herabgeregelt, daß kein weiterer unzulässiger Temperaturanstieg mehr erfolgen kann.
  • Die Spannungsversorgung der Operationsverstärker V1, V2 und V3 erfolgt durch die Batteriespannung.
  • In Fig. 3 ist das Steuerteil SL für Ladebetrieb dargestellt. Die Anschlußpunkte L1 und L2 der Gleichrichterdioden D2 und D3 sind mit den Anschlußpunkten L1 und L2 der Fig. 1 identisch. Das gilt ebenfalls für den Anschlußpunkt M, der mit der Mittelanzapfung der Niederspannungsseite des Transformators TR verbunden ist. Die zusammengeschalteten Anoden der beiden Gleichrichterdioden D2 und D3 sind mit dem Emitter des Regeltran- transistors T3 verbunden. Anstelle eines einfachen Regeltransistors T3 wurde hier eine aus zwei Transistoren T31 und T32 bestehende Darlington-Transistorschaltung verwendet. Der Emitter des npn-Transistors T31 ist hierbei mit der Basis des zweiten npn-Transistors T32 verbunden. Ein Basiswiderstand R36 ist zur sicheren Sperfung der Darlington-Stufe T3 zwischen der Basis des ersten Transistors T31 und dem Emitter des Transistors T32 angeordnet. Die zusammengeschalteten Kollektoren der Darlington-Transistorstufe sind über einen niederohmigen weiteren Meßwiderstand R32 mit dem Minuspol -UB der Batterie BA verbunden. Die Basis des Darlington-Transistors ist mit dem Kollektor eines vorgeschalteten pnp-Transistors T30 verbunden, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand R30 über den Anschluß 2 des Relaiskontaktes r2 und über einen Schalter S12 mit dem Pluspol +UB der Batterie BA verbunden ist. Die Basis dieses vorgeschalteten pnp-Transistors T30 ist mit dem Ausgang eines vierten Operationsverstärkers V4 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang dieses Operationsverstärkers ist über einen Widerstand R35 mit Masse C verbunden, außerdem ist der nichtinvertierende Eingang über einen Trimmerwiderstand R34 mit der Kathode einer ebenfalls nach Masse geschalteten Z-Diode Z3 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand R33 mit einem Schaltungspunkt 4, dem batteriefernen Anschluß des Schalters S12, verbunden ist. Über den Schalter S12 ist das Steuerteil SL für Ladebetrieb an die Versorgungsspannung +UB angeschlossen. Der Schleifer des Trimmwiderstandes R34 ist über eine weitere Z-Diode Z4 ebenfalls mit dem Schaltungspunkt 4 verbunden. Der invertierende Eingang des vierten Operationsyerstärkers V4 ist über eine Diode D5 und den Parallelwiderstand R37 mit dem zweiten am Kollektor des Regeltransistors T3 angeschalteten Anschlußpunkt des zweiten Meßwiderstandes R32 verbunden, außerdem über eine Reihenschaltung eines Widerstandes R31 und eines dritten Kaltleiters K3 mit dem Schaltungspunkt 4. Die Entkopplungsdiode D1, deren Kathode mit Masse C verbunden ist, wurde zur Klarstellung mit eingezeichnet.
  • Aufgabe dieses Steuerteiles SL ist es, den Ladestrom zu begrenzen und den Regeltransistor T3 gegen Uberlastung zu schützen. Bei Ladebetrieb ist über das Relais RA der Anschluß 2 des Relaiskontaktes r2 an den Pluspol der Batterie BA gelegt. Dadurch erhält der dem Regeltransistor vorgeschaltete pnp-Transistor T30 Strom. Über diesen Transistor wird der Regeltransistor T3 von dem vierten Operationsverstärker V4 gesteuert.
  • An dem zweiten Meßwiderstand R32 wird der Ladestrom gemessen. Überschreitet dieser einen vorgegebenen Wert, wird der Ladestrom über den vierten Operationsverstärker V4, den vorgeschalteten Transistor T30 und den Darlinton-Transistor T3 begrenzt. Dem Darlington-Transistor T3 ist der Kaltleiter K3 zugeordnet. Erreicht die Gebäusetemperatur des Darlington-Transistors einen zugelassenen Wert, so wird der Ladestrom ebenfalls begrenzt und wird eine weitere Temperaturzunahme durch Verringern des Ladestromes vermieden. Bei voll aufgeladener Batterie wirdrdie Durchbruchspannung der Z-Diode Z4 überschritten und das Potential am nichtinvertierenden Eingang des vierten Operationsverstärkers V4 angehoben, so daß der Regeltransistor T3 hochohmig gesteuert wird. Der Ansprechpunkt, der die Ladeschlußspannung bestimmt, wird mit dem Trimmerwiderstand R34 eingestellt.
  • Der zusätzliche Schalter S12 dient dazu, die Stromver- sorgung für die aktiven Bauelemente der Steuerung im Ruhezustand (z.B. Lagerung des Transistor-Wechselrichters) manuell abzuschalten.
  • Im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb ist der Schalter S12 nicht eingezeichnet.
  • 6 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite

Claims (6)

  1. Patentansrüche 1. Steuerung für einen Transistor-Wechselrichter in egentaktschaltung mit Batterieladeeinrichtung mit einem Steuerteil für Wechselrichterbetrieb, über den zwei Wechselrichter-Schalttransistoren angesteuert werden, und mit einem Steuerteil für Ladebetrieb, über den ein im Ladestromkreis eingeschalteter Regeltransistor gesteuert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb (SW) zwei der Ansteuerung der Wechselrichter-Schalttransistoren (T1, T2) dienende Konstantstromquellen (T12, T22) vorgesehen sind, daß zwischen Basis und Emitter Jedes Wechselrichter-Schalttransistors (T1, T2) ein weiterer Schalttransistor (T13, T23) angeordnet ist, der die Basis-Emitter-Strecke des S jeweiligen Wechselrichter-Schalttransistors (T1, T2) kurzschließt, wenn dieser gesperrt wird, und daß im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb (SW) und im Steuerteil für Ladebetrieb (SL) Überwachungseinrichtungen vorgesehen sind, die eine Zerstörung des Wechselrichters und der Batterie ladeeinrichtung durch Uberlastung verhindern.
  2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb (SW) eine Überwachungseinrichtung des Batteriestromes bei Wechselrichterbetrieb vorgesehen ist, die durch Steuerung der Konstantstromquellen (T12, T22) eine Uberlastung der Wechselrichter-Transistoren verhindert.
  3. 3. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e ic h n e t , daß eine Temperaturüberwachungsschaltung für die Gehäusetemperatur der Wechselrichter-Schalttransistoren vorgesehen ist, die ebenfalls durch Steuerung der Konstantstromquellen (T12, T22) eine Überlastung der Wechselrichter-Schalttransistoren verhindert.
  4. 4. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d-a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Steuerteil für Wechselrichterbetrieb (SW) an den Kollektor (CT1, CT2) Jedes Wechselrichter-Schalttransistors (T1, T2) eine Reihenschaltung einer Diode (D13, D23) und eines Widerstandes (R16,R26) angeschaltet ist, die mit der Basis eines der Konstantstromquelle (T22, T12) vorgeschalteten Verstärkertransistors (T21, T11) des anderen Wechselrichter-Schalttransistors (T2, T1) verbunden ist.
  5. 5. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Oszillator (OS) mit nachgeschaltetem Frequenzteiler (FT) vorgesehen ist, der ein 1:1-Signal mit der Netzfrequenz abgibt.
  6. 6. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Steuerteil (SL) für Ladebetrieb eine Überwachungsschal tung vorgesehen ist, die den Ladestrom des Regeltransistors (T3) begrenzt und bei thermischer Überlastung des Regeltransistors (T3) oder bei geladener Batterie (BA) diesen hochohmig steuert.
DE19803033196 1980-09-03 1980-09-03 Steuerung fuer einen transistor-wechselrichter Withdrawn DE3033196A1 (de)

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