DE3204800A1

DE3204800A1 - Leistungswechselrichter

Info

Publication number: DE3204800A1
Application number: DE19823204800
Authority: DE
Inventors: Mark A Rosswurm; Joseph M Urish
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1982-02-11
Publication date: 1982-08-19
Also published as: GB2093283A; US4342076A; FR2499781A1; JPS57151279A; GB2093283B

Description

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Leistungs wechselrichter

Die Erfindung betrifft einen Leistungswechselrichter mit zumindest zwei komplementären Ausgangstransistoren, welche abwechselnd durch eine Basisansteuerung von einem stromgesteuerten Rückkopplungstransformator eingeschaltet werden, der mit einem Abgriff der Sekundärwicklung an eine Stromversorgung angeschlossen ist.

Es ist bekannt, daß die Ausgangstransistoren von Wechselrichtern über eine Basisstromansteuerung verhältnismäßig zuverlässig in einem Umschaltbetrieb mit hohem Strom betrieben werden können, wenn ein stromgesteuerter Rückkopplungstransistor Verwendung findet. Dieser Rückkopplungstransistor liefert über eine Wicklung den Ansteuerstrom für die Basis und hat außerdem eine Rückkopplungswieklung, welche eine positive Rückkopplung bewirkt "um eine definiertere Steuerung des Basissteuerstroms zu ermöglichen. Eine Anwendung, bei welcher ein stromgesteuerter Rückkopplungstransformator besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann ist ein Wechselrichter, der einen Gleichstrom in einen alternierenden Wechselstrom höherer Leistung umwandelt. Derartige Wechselrichter sind durch die US-PS 3 305 761, 3 412 316 und 3 715 648 bekannt. Ein Aspe.kt für die Verwendung eines stromgesteuerten Rückkopplungstransformators in einem Leistungswechselrichter besteht darin, daß die ausgangsseitige Schaltung zwei Leistungstransistoren umfassen kann, welche alternierend einschaltbar sind, um an einer gemeinsamen Ausgangsklemme den gewünschten Wechselstrom zur Verfügung zu stellen. Dabei soll der eine Transistor während einer gegebenen Zeitperiode eingeschaltet und der andere entsprechend ausgeschaltet sein, wobei die Zeitperiode dem gewünschten Halbzyklus der Wechselspannung entspricht. Die Umschaltung soll am Ende der Zeitperiode verhältnismäßig

rasch

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rasch erfolgen, indem der eine Transistor eine positive Spannung vom gemeinsamen Polanschluß absehaltet und eine negative Spannung über den anderen Transistor anlegt. Dabei ergibt sich die Schwierigkeit, daß bipolare Transistoren eine bestimmte Zeit für das An- und Abschalten benötigen und daß kommerziell verfügbare Leistungstransistoren in der Regel eine längere Abschaltzeit als Einschaltzeit haben. Um eine verhältnismäßig einwandfreie Ausgangscharakteristik zu erhalten, sollte der eine Transistor erst leitend werden wenn der andere Transistor voll abgeschaltet ist. Das heißt, eine Stromdurchschaltung vom einen Transistor über den anderen Transistor, wobei beide leitend sind, soll vermieden werden, da diese nicht nur die Schwingungsform des gewünschten Stromes beeinträchtigt sondern auch einen Ausfall des Transistors verursachen kann, welcher durch die Abschaltphase geht.

Diese Schwierigkeit wurde bereits erkannt und es wurden auch Maßnahmen versucht um eine Stromdurchschaltung zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden Überlappungsschaltungen vorgeschlagen, die eine Überlappung der Stromführungs zeiten der beiden Transistoren vermeiden sollen und an verschiedene Einschaltzeiten und Abschaltzeiten anpaßbar sind, um eine Einschaltung des einen Transistors so lange zu verhindern, bis der andere Transistor vollständig abgeschaltet ist. Diese bekannten Überlappungsschaltungen bewirken eine fest vorgegebene Zeitverzögerung für das Anlegen des Einschaltsignals. Diese Zeitverzögerung muß ausreichend groß sein, um eine sichere Abschaltung des anderen Transistors unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Durch diese Zeitverzögerung kann sich in der Schwingungsform des ausgangssei tigen Signals ein erheblicher Klirrfaktor, insbesondere bei hochfrequenten sowie impulsbreitenmodulierten Wechselrichtern einstellen. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, kann man auch Abtastschaltungen vorsehen, welche die Stromamplitude des Ausgangstransistors erfassen und die Einschaltung des anderen Transistors zulassen, wenn der überwachte Transistor abgeschaltet ist.

Eine derartige durch den Stand der Technik bekannte Schaltung ist in schematischer Darstellung in Fig. 1 gezeigt. Dabei wird nur ein Teil der

Schaltung

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Schaltung mit einem Ausgangstransistor 10 dargestellt, der zwischen eine positive Spannung an der Klemme 12 und der polseitigen Ausgangsklemme 14 geschaltet ist. Der andere Ausgangstransistor ist nicht dargestellt und würde zwischen der negativen Spannungsquelle und dem ausgangsseitigen Polanschluß 14 liegen.· Das heißt, daß in der Praxis die Schaltung gemäß Fig. 1 im wesentlichen zu duplizieren wäre, was in der Darstellung zum Zwecke der Vereinfachung nicht gemacht wurde.

Die dargestellte Hälfte der Schaltung umfaßt den Ausgangstransistor 10 , welcher mit dem Rückkopplungstransformator 16 zusammenarbeitet und von diesem die Basisansteuerung für das Einschalten und Ausschalten über eine Wicklung 18 erhält. Der Transistor ist ferner über eine Stromrückkopplungswicklung 20 positiv rückgekoppelt. Die andere Seite des Rückkopplungstransformators 16 ist mit einer Gleichstromversorgung 22 verbunden, die an einen Mittelabgriff der Wicklung 24 angeschlossen und strommäßig begrenzt ist. Zum Ein- und Aussehalten werden Impulse an die Klemmen 25 und 26 angelegt, die entsprechend die Transistoren 27 bzw. ansteuern. Der jeweils leitende Transistor bewirkt einen Strom flu ß von der Stromquelle 22 aus über den entsprechenden Teil der Wicklung 24 und bewirkt dadurch das Einschalten und Ausschalten des Ausgangstransistors über die Basisansteuerung. Bei diesem bekannten Ausführungsbeispiel wird die Abtastung des Stromes über einen Widerstand 30 vorgenommen, welcher mit der Wicklung 24 und dem Abschalttransistor 28 verbunden ist. Ein Detektor 32 tastet den Strom am Widerstand 30 ab und liefert ein Signal über die Leitung 34, das seinerseits dazu benutzt wird, um den anderen Ausgangstransistor zu steuern, d.h., das Anlegen eines Einschaltsignals für die . andere Hälfte der Schaltung so lange zu verhindern, bis der Transistor 10 völlig abgeschaltet ist und der Stromabfall auf Null festgestellt wird. Wenn der Transistor 10 im Betrieb abgeschaltet wird, überträgt sich induktiv sein Strom durch den Rückkopplungstransformator 16 und bewirkt einen Stromfluß im Widerstand 30. Sobald dieser Strom auf Null geht wird damit angezeigt, daß der Strom im Ausgangstransistor 10 abgeklungen und der Transistor abgeschaltet ist. Bis zu diesem Zeitpunkt wird der andere Ausgangstransistor am Einschalten gehindert. Die Strom- und

Spannungs-

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Spannurigswerte können für den richtigen Betrieb ausgewählt werden, z.B. kann die strom begrenzte Spannungsquelle auf 28 Volt Gleichspannung bei einem Grenzstrom von 100 Milliampere ausgelegt sein. Der Strom durch den Widerstand 30 kann etwa 5 Ampere bei einem maximalen Ausgangsstrom erreichen und liefert eine Spannung von weniger als etwa 500 Millivolt im Normalbetrieb.

Für den praktischen Einsatz arbeitet ein Wechselrichter mit einer Überwachungsschaltung gemäß Fig. 1 zufriedenstellend, wenn die Stromdetektorschaltung aus dem Widerstand 30 und dem Stromdetektor 32 physikalisch

■ nahe bei den Ausgangstransistoren 10 angeordnet sind, wobei der Abstand weniger als etwa 1,5 m betragen soll. Diese räumliche Nähe ist wichtig, da eine Verländerung der Leitungen eine zunehmende Wahrscheinlichkeit mit sich bringt, daß dem abgetasteten Strom Rausehsignale überlagert sind und damit die Funktion beeinträchtigt wird. Diese Überlegung ist besonders wichtig, wenn Leistungswechselrichter in der Stromversorgung von Flugzeugen Verwendung finden.

Es besteht ein großes Interesse im Flugzeugbau den Wechselstromgenerator direkt von dem Triebwerk anzutreiben, wobei dieser mit unterschiedlicher Geschwindigkeit läuft, um dann das Ausgangssignal des Generators derart zu modifizieren, daß man einen Wechselstrom gewünschter Leistung erhält. Für einen hierfür verwendeten Leistungswechselrichter wird gefordert, daß die Steuerschaltung bzw. Abtastschaltung räumlich mindestens 10,5 m von den Ausgangstransistoren und dem stromgesteuerten Rückkopplungstransformator entfernt ist. Dies ist notwendig, die Steuerschaltung an einem Ort zu haben, wo sie ausreichend gekühlt ist, wogegen die Ausgangstransistoren und der Wechselrichter wesentlich höhere Temperaturen aushalten können. Die Leitungen von 10,5 m und mehr zwischen den einzelnen Komponenten des Systems verlaufen dabei durch Bereiche mit hoher elektrischer Ratischeinstrahlung, sodaß die Abtastung mit Hilfe des Widerstandes 30 nicht geeignet ist.

Der

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Leistungswechselrichter mit einem Überwachungssystem zu schaffen, bei welchem zwischen dem Überwachungssystem und den ausgangsseitigen Transistoren sowie dem Rückkopplungstransformator Leitungen verhältnismäßig großer Länge Ver-Wendung finden können und der Abstand der Überwachungskomponenten von den ausgangsseitigen Transistoren unkritisch ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Steuereinrichtungen über den Rückkopplungstransformator das selektive Anlegen und Unterdrücken eines Basisstromes an jeden der Ausgangstransistoren bewirken, daß Abtasteinrichtungen die Spannung an der Sekundärwicklung als Indikation für das Führen von Strom in einem der Ausgangstransistoren feststellen, wobei die Spannung am Ende der Abschaltperiode des einen Ausgangstransistors von einem niederen auf ein hohes Spannungsniveau übergeht, und daß Einrichtungen zum Anlegen eines Einschaltsignals an die Basis des anderen Ausgangstransistors in Abhängigkeit von der Spannungsänderung an der Sekundärwicklung vorhanden sind, um ein Überlappen der leitenden Zeitabschnitte der beiden Ausgangstransistoren zu verhindern und um damit eine Stromdurchsehaltung zu vermeiden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung wird ein Leistungswechselrichter geschaffen, bei welchem die Abtastung der von den Ausgangstransistoren induktiv übertragenen Transistorströmen ohne Widerstand erfolgt, vielmehr können die Ströme in den Ausgangstransistoren direkt abgetastet werden, indem die Ausgangsspannung einer strombegrenzten Spannungsversorgung abgetastet wird, welche an den Rückkopplungstransformator angeschlossen ist. Durch die Schaltungsanordnung wird nämlich dafür gesorgt, daß diese Spannung Null wird, wenn der Ausgangstransistor abgeschaltet ist und keinen Strom führt. Durch diese Maßnahme wird es nicht erforderlich, die vorhandene Schaltungskonfiguration eines bekannten Leistungswaehselrichters bezüglich des Ausgangstransistors und des Rückkopplungstransformators zu verändern. Vielmehr wird ein Effekt ausge-

nutzt

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nutzt der darin besteht, daß die Sekundärwicklung des Rückkopplungstransformators kurzgeschlossen wird, was induktiv auf die Primärwicklung wirkt und die Spannung an der Basis-Emitterstrecke des Ausgangstransistors ebenfalls kurzschließt. Durch diesen Kurzschluß nimmt der Basisstrom ab und der Transistor geht in den nicht leitenden Zustand über. Während des Übergangs in den nicht leitenden Zustand fließt im Kollektor des Transistors ein abnehmender Strom, welcher in die Kurzschlußschaltung auf der Sekundärseite des Rückkopplungstransformators gekoppelt wird. Dieser Kurzschlußstrom ist größer als die Amplitude des Stromes der strombegrenzten Spannungsversorgung, so daß sieh ein Kurzschluß dieser Spannungsversorgung feststellen läßt, welcher als eine im wesentlichen auf Null liegende Spannung abgetastet wird. Nach dem Abklingen des Ladungsträgerstroms aus der Basis des ausgangsseitigen Transistors ist dieser völlig abgeschaltet, so daß der in die Sekundärwicklung reflektierende Strom auf Null zurückgeht. Damit wird der Kurzschluß der Stromversorgung beendet, so daß die Spannung auf ihren normalen Versorgungswert ansteigen kann. Dieser Anstieg der Spannung kennzeichnet die Abschaltung des zugeordneten Ausgangstransistors und liefert damit ein Signal das dafür verwendet werden kann, um den anderen Ausgangstransistor einzuschalten. Bei dieser Einschaltung kann somit kein die Transistoren schädigender Strom über beide Transistoren übertragen werden.

Durch die Maßnahmen der Erfindung wird vermieden, daß hohe Ströme über lange Strecken übertragen werden müssen, so daß auch die Leitungsdicke verringert werden kann und eine Rauscheinstrahlung keinen Einfluß hat.

Ferner ist die Spannung, welche den abgeschalteten Zustand des zugeordneten Ausgangstransistors kennzeichnet, verhältnismäßig hoch und zwar im Ausführungsbeispiel etwa 28 Volt, was ausreicht um durch elektromagnetische Interferenz nicht beeinflußt zu werden. Schließlich ist von besonderem Vorteil, daß die Abtasteinrichtung an einem Ort angebracht werden kann, in welchem die Temperatureinflüsse weniger extrem als am Ort der Ausgangstransistoren und des Rückkopplungstransformators sind.

Die

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Die Erfindung mil ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand eines auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung für einen Leistungswechselrichter bekannter

Art,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines Teils eines Leistungswechselrichters

mit einer Stromüberwachung gemäß der Erfindung, 10

Fig. 3 eine Detailschaltung eines nach dem Prinzip gemäß Fig. 2 ausgeführten Leistungswechselrichter.

Dig Funktionsweise des bekannten Leistungsiseehselrichters gemäß Fig. 1 ist vorausstehend bereits erläutert.

In Fig. 2 wird in schematiseher Form eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche, auf dem Schaltungsprinzip gemäß Fig. 1 aufbaut und daher für übereinstimmende Komponente mit gleichen Bezugszeichen versehen ist. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform zeigt nur einen

dem einen Pol der Schaltung zugeordneten Zweig mit dem entsprechenden ausgangsseitigen Transistor, welchem ein zweiter entsprechender Zweig zugeordnet ist. Die Schaltungskonfiguration für den Ausgangstransistor 10 und den stromgesteuerten Rückkopplungstransformator 16 ist unverändert aus Fig. 1 übernommen. Selbstverständlich können diese Schaltungen in herkömmlicher Weise bezüglich der Verwendung des Rückkopplungstransformators und des Schaltbetriebs für die Transistoren geändert werden. In der nachfolgenden Beschreibung wi rd die rechte Seite des Rückkopplungstransformators , welcher dem Ausgangstransistor zugeordnet ist, als Primär- seite und entsprechend die linke Seite als Sekundärseite bezeichnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Sekundärseite des Rückkopplungstransformators 16 an einem Einschaltzweig mit einem Steuertransistor 27 angeschlossen, dessen Kollektor-Emitterstrecke über die Leitung 40 an das 35

eine

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eine Ende der Sekundärwicklung 24 angeschlossen ist und der mit seiner Basis am Einschaltanschluß 25 liegt. Der Abschaltanschluß 26 ist über eine Leitung 42 mit einer Transistorkombination 28' verbunden, deren Emitter-Kollektorstrecken an die andere Seite der Sekundärwicklung 24 angeschlossen ist. Eine Gleichrichterdiode 44 liegt zwischen der das Einschaltsignal führenden Leitung 40 und Masse. Die Versorgungsspannung kann in derselben Weise von einer strombegrenzten Gleichstromquelle 22 aus über die Sekundärseite des Rückkopplungstransistors zugeführt werden. Im vorliegenden Fall liegt das Spannungsniveau V_s der Gleiehstromquelle 22 am Anschluß 46 und dient als Indikation für den ausgangsseitigen Strom Il . Dieses Spannungssignal wird an die Treiberschaltung des Transistors im anderen Teil der Ausgangsstufe angelegt um ein Einschalten dieses Transistors so lange zu unterbinden, bis der Ausgangstransistor 10 völlig abgeschaltet ist.

Im Betrieb ist das am dargestellten Teil des Systems über den Einschaltanschluß 25 zugeführte Einschaltsignal dafür vorgesehen, den Ausgangstransistor 10 in der beschriebenen Weise einzuschalten. Von größerer Bedeutung ist die Betriebsweise nach dem Anlegen des Abschaltsignals an den Abschaltanschluß 26. Es seien beispielsweise folgende Schaltungsparameter angenommen. Die Primärwicklung 18 zur Ansteuerung des Ausgangstransistors 10 über die Basis hat 18 Windungen, wogegen die Rückkopplungswieklung 20 mit 3 Windungen ausgeführt ist. Die Sekundärseite ist mit 216 Windungen insgesamt ausgeführt und mit einem über die Leitung 48 an die Gleichstromquelle 22 angeschlossenen Mittelabgriff versehen. Von der Gleichstromquelle aus wird eine Spannung von 28 Volt angelegt. Wenn man davon ausgeht, daß zu einem bestimmten Augenblick der Ausgangstransistor 10 leitend ist und infolgedessen ein hoher Strom z.B. von 100 Ampere fließt, dann ergibt sich aufgrund des Windungs-Verhältnisses des Rückkopplungstransformators ein Basisstrom Ig von 16,6 Ampere. Während diese Bedingungen vorherrschen wird ein Abschaltsignal über den Abschaltanschluß zugeführt, mit welchem die Transistorkombination 28' leitend gemacht wird. Durch diese Transistorkombination 28' und die Gleichrichterdiode 44 wird die Sekundärwicklung 24 kurzge-

schlossen

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schlossen, da sieh sowohl über die leitende Transistorkombination als auch über die Diode 44 eine Verbindung mit Masse ergibt. Dieser Kurzschluß der Sekundärwicklung 24 wirkt induktiv auf die Primärseite des Transformators und schließt die Spannung über die Basis-Emitterstrecke des Ausgangstransistors 10 kurz. Dies ist möglieh, da die Kurzschlußstreeke auf der Sekundärseite eine geringere Impedanz als die Primärwicklung 18 hat. Sobald die Primärwicklung 18 kurzgeschlossen ist, nimmt der Basisstrom des Ausgangstransistors 10 ab, womit dieser in den Abschaltzustand übergeht. Ein Reststrom der sich dadurch ergibt, daß die Ladungsträger nicht augenblicklich abfließen können, reflektiert sich in einem Kurzschlußstrom in der Sekundärwicklung 24. Dieser Kurzschlußstrom ist für den Zweck der Erfindung erforderlieh, jedoch ergeben sieh dadurch keine zusätzlichen Systemanforderungen im Sinne einer höheren, d.h. über beispielsweise 100 Milliampere hinausgehenden Stromzuführung durch die Gleichstromquelle

22. Diese ergibt sich, da die reflektierte Stromamplitude für einen ausgangsseitigen Strom von 100 Ampere etwa 3 Ampere für den beschriebenen Rückkopplungstransformator ist. Der in die Sekundärwicklung reflektierte Strom bewirkt, daß der Ausgang der Gleichstromquelle 22 kurzgeschlossen wird und die Abtastspannung Vg auf etwa Null absinkt. Mit dem Abklingen des ausgangsseitigen Stromes Il des Ausgangstransistors 10 wird schließlieh der Zeitpunkt erreicht, zu welchem keine Ladungsträger mehr abfließen. Zu diesem Zeitpunkt hört die auf die Gleichstromquelle projizierte Kurzschlußwirkung auf, so daß die Abtastspannung Vg wieder ansteigt und im wesentlichen die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle von beispielsweise 28 Volt annimmt. Dieser Anstieg der Abtastspannung Vg, welcher sich als Ergebnis der Änderung des Leitungszustands im Ausgangstransistor 10 einstellt, bewirkt eine in seiner Art etwa digitale Anzeige der vollendeten Abschaltung des Ausgangstransistors 10. Mit dem Auftreten des Anstiegs der Abtastspannung Vg kann der Transistor des anderen Polzweiges eingeschaltet werden, ohne daß der Einschaltstrom eine gefährliche Größe annimmt.

Die Anordnung der Schaltung gemäß Fig. 2 kann derart sein, daß die

Leitungen 40, 42 und 48 willkürlich z.B. eine Länge von 10 m und mehr 35

haben

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haben. Diese große Leitungslänge ist jedoch nicht von Nachteil, da lediglich die Abtastung der Spannung an der Gleichstromquelle 22 erforderlich ist, um festzustellen, wie sie sich von einem im wesentlichen auf Null liegenden Niveau auf das hohe Spannungsniveau von beispielsweise 28 Volt ändert. Diese Änderung kann jedoch sicher ohne Einfluß durch Störgeräusche festgestellt werden.

In Fig. 2 ist eine weitere Leitung 46A eingezeichnet, um eine Abtastspannung Vg abzugreifen, die die Abschaltung des Ausgangstransistors 10 kennzeichnet. Diese Leitung 46A ist mit der Leitung 40 zwischen dem Kollek tor des Transistors 27 und der Kathode der Gleichrichterdiode 44 verbunden. Die Spannung auf der Leitung 40 zeigt ebenfalls bei der Abschaltung eine sprunghafte Änderung, wie dies direkt über die Leitung 46 an der Gleichstromquelle 22 abgegriffen werden kann. Der Einschalttransistor 27 ist während der Abschaltung des Ausgangstransistors 10 nicht eingeschaltet. Wenn der Ausgangstransistor 10 voll abgeschaltet ist, und die Sekundärwicklung des Rückkopplungstransistors kurzgeschlossen wird, steigt die Spannung am Kollektor des Transistors 27 bzw. an der Kathode der Gleichrichterdiode 44 sofort an. In beiden Fällen, sowohl über die Leitung 46 als auch über die Leitung 46A, läßt sich eine plötzliche Änderung der Spannung der Sekundärwicklung 24 abtasten, wobei diese Spannung frei von Störgeräuschen ist.

Eine detaillierte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.

Diese Figur zeigt einen Wechselrichter mit einer unteren und einer oberen ausgangsseitigen Schaltung 120 und 110. Jede der beiden ausgangsseitigen Schaltungen ist entsprechend der in Fig. 2 rechts von der strichpunktierten Linie 50 liegenden Ausführungsform aufgebaut, wobei jedoch die Ausgangstransistoren im Hinblick auf ihre gleichstrommäßige Zuordnung zum positiven und negativen Gleichstromanschluß 111 bzw. 112 sowie zur Ausgangsklemme 113 verschieden angeschlossen sind. Jede der beiden Transistorschaltungen 110 und 112 ist mit einer strombegrenzten Gleichstromquelle 115 bzw. 125 verbunden, welche jeweils einen Transistor und weitere zugeordnete Schaltungselemente umfaßt. Die Abtastspannung, welche den Strom im Ausgangs-

transistor

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transistor in der vorausstellend beschriebenen Weise kennzeichnet, tritt an den Leitungen 116 und 126 für die jeweils zugeordnete Gleichstromquelle 115 bzw. 125 auf.

Die Verwertung dieser Abtastspannungen wird nachfolgend im Hinblick auf eine Phase eines mehrphasigen Systems erläutert. Die Eingangsklemme 117 wird mit einem impulsbreitenmodulierten Signal PWM beaufschlagt, welches von einem entsprechend modulierten Generator aus zugeführt wird und der Steuerung des Betriebs der beiden Polzweige der dargestellten Schaltung dient. Dabei hat das impulsbreitenmodulierte Signal einen positiven Wert, wenn der obere Transistor leitend ist, und wird mit einem negativen Wert zugeführt, wenn der untere Transistor leitend ist. Dieses Signal wird über Pufferverstärker UlA und UlB weiter übertragen, welche als Umkehrverstärker dienen. Wenn das Signal am Verstärker UlB ansteigt _t wird die logische Schaltung U2B zurückgestellt und damit der Ausgangstransistor der Transistorschaltung 120 abgeschaltet. Gleichzeitig wird der Transistor in der Stromquelle 125 kurzgeschlossen. Wenn dagegen das Signal von UlB ansteigt, wird das Rüekstellsignal von der zugeordneten Logik-

sehaltung U2A entfernt.
20

Wenn der Strom im unteren Ausgangstransistor auf Null abfällt, hört der Kurzschluß am Transistor der Gleichstromquelle 125 auf, so daß seine Kollektorspannung und damit die Spannung auf der Leitung 126 auf 28 Volt ansteigen kann. Dieser Spannungsanstieg wird über den Kondensator Cl an den Takteingang der Logikschaltung U2A übertragen, die ihrerseits den oberen Ausgangstransistor in der Schaltung 110 einschaltet. Dieser obere Ausgangstransistor kann so lange nicht eingeschaltet werden, bis der untere Ausgangstransistor abgeschaltet ist und ein Signal über die Leitung 126 der Logikschaltung zugeführt wird. Dadurch wird eine hohe Strombelastung vermieden. Andererseits wird die Abschaltsequenz für den oberen Ausgangstransistor beim Abfallen des Signals vom Verstärker UlB eingeleitet und eine Einschaltung des unteren Transistors so lange verhindert, bis der obere Transistor vollständig abgeschaltet ist.

Die

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Die logischen Schaltungen U2A und U2B können durch integrierte Sehaltkreise vom Typ 5473 verwirklicht werden. Auch die Umkehrverstärker UlA, UlB, UlC, UlD, UlE und UlF können alle durch integrierte Schaltungen vom Typ 5406 verwirklicht werden.

Die beiden strichpunktierten Linien in Fig. 3 kennzeichnen ebenso wie in Fig. 2 die beliebige Länge der Leitungen zwischen dem Wechselrichterteil auf der rechten Seite und dem Steuerteil auf der linken Seite. Die Abtastspannungen , welche auf den Leitungen 116 und 126 entstehen um die Abschaltung des zugeordneten Ausgangstransistors zu kennzeichnen, werden durch große Leitungslängen zwischen den beiden Systemteilen nicht beeinträchtigt, so daß ein hoher Übergangsstrom zwischen den beiden Ausgangstransistoren wirkungsvoll vermieden werden kann.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

10

l.W Leistungswechselrichter mit zumindest zwei komplenentären Ausgangstransistoren, welche abwechselnd durch eine Basisansteuerung von einem stromgesteuerten Rückkopplungstransformator eingeschaltet werden, der mit einem Abgriff der Sekundärwicklung an eine Stromversorgung angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß Steuereinrichtungen (PWM, UlA, UlB, U2A, U2B) über den Rückkopplungstransformator (16) das selektive Anlegen und Unterdrücken eines Basisstromes an jeden der Ausgangstransistoren (10) bewirken, daß Abtasteinrichtungen (U2A, U2B) die Spannung an der Sekundärwicklung (24) als Indikation für das Führen von Strom in einem der Ausgangstransistoren (10) feststellen, wobei die Spannung am Ende der Abschaltperiode des einen Ausgangstransistors von einem niederen auf ein hohes Spannungsniveau übergeht,

und daß Einrichtungen zum Anlegen eines Einschaltsignals an die Basis des anderen Ausgangstransistors in Abhängigkeit von der Spannungsänderung an der Sekundärwicklung vorhanden sind, um ein Überlappen der leitenden Zeitabschnitte der beiden Ausgangstransistoren zu verhindern und um damit eine Stromdurchschaltung zu vermeiden.

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2.) Leistungswechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangstransistoren über zwei stromgesteuerte Rückkopplungstransformatoren derart zusammengesehaltet sind, daß sie als ein Pol des Wechselrichters wirken,

daß an die Sekundärwicklung jedes der beiden Rückkopplungstransformatoren eine Stromversorgung angeschlossen ist, und daß die Spannung jeder der Sekundärwicklungen an die logischen Steuereinrichtungen angelegt wird, um das Einschalten des einen der beiden Ausgangstransistoren auszulösen wenn die Spannung plötzlich auf praktisch Null abfällt.
3.) Leistungswechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangstransistoren und die zugehörigen Rückkopplungstransistoren räumlich getrennt von der Stromversorgung und den logischen Steuereinrichtungen angeordnet sind.
4.) Leistungswechselrichtcr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinriehtungen für die Spannung an der Sekundärwicklung eine Leitung umfassen, welche direkt mit dem Ausgang der Stromversorgung verbunden ist.
5.) Leistungswechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtungen für die Spannung an der Sekundärwicklung eine Leitung umfassen, die mit dem Ende der Sekundärwicklung verbunden ist. 25