DE3240759A1

DE3240759A1 - Leistungsversorgung

Info

Publication number: DE3240759A1
Application number: DE19823240759
Authority: DE
Inventors: Thomas Keith Hemingway; Thomas Patrick Stevenage Hertfordshire Veasey
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1981-11-04
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1983-05-11
Also published as: GB2113031A; FR2515894A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsversorgung mit einem induktiven Bauteil, mit einem Kondensator, mit einer primären Energieversorgung und mit Ubertragungseinriehtungen, die den Aufbau von aus der primären Energieversorgung entnommener Energie in de® induktiven Bauteil und die Übertragung dieser Energie auf den Kondensator bewirken.

Bei derartigen Leistungsversorgungen wird die Energie dann von dem Kondensator an eine Last abgegeben. Diese Last könnte beispielsweise ein COp-Gaslaser sein, dem Energieitapulse von dem Kondensator über einen Schalter zugeführt werden, um den Laser zu pumpen oder anzusteuern. Bei einer grundlegenden Form kann eine derartige Leistungsversorgung beispielsweise einen mit einem Kern versehenen Transformator aufweisen, dessen Primärwicklung über einen primären Schalter mit einer Stromquelle verbunden ist, während die Sekundärwicklung dieses Transformators mit dem Kondensator verbunden ist. ¥ean der primäre Schalter geschlossen wird, so baut sich ein Strom in der Primärwicklung und damit auch eine Magnetflußenergie in dem Transformatorkern auf, so daß, wenn der Schalter geöffnet wird, die Energie des vorher aufgebauten Magnetflusses über die Sekundärwicklung des Transformators auf den Kondensator übertragen wird.

Beispiele derartiger Leistungsversorgungen sind in den GB-Patentschriften ... (GB-Patentanmeldungen 8112210, 8222623 und 8221177) beschrieben.

In einer dieser Patentschriften (GB-Patentanmeldung 8112210) ist ein Verfahren zur Behebung des Problems der unvollständigen Energieübertragung von der Leistungsversorgung an die Last beschrieben, beispielsweise aufgrund eines fehlerhaften Schließens eines KondensatorentIadungsschalters oder aufgrund eines Vorgangs in der Last selbst. Eine derartige unvollständige oder fehlende Energieübertragung kann dazu führen, daß die Spannung am Kondensator und damit auch auf der Primärseite der Lei— stungsversorgung übermäßig groß wird. Wenn der Fehler lediglich vorübergehend ist, so kann die nächste erfolgreiche Entladung dann die Last beschädigen oder im besten Fall zumindest Energie verschwenden. Ein möglicherweise übermäßiger Spannungsanstieg an der Primärseite der Leistungsversorgung kann ebenfalls entstehen, wenn sich der Wert des Kondensators verringert oder dieser Kondensator einen offenen Kreis bildet. Die in der genannten Patentschrift beschriebene Lösung besteht darin, daß Einrichtungen zur Überwachung der primärseitigen Spannung und ein Hochstromschalter, wie beispielsweise ein Thyristor, vorgesehen werden, der durch die Überwachungseinrichtungen eingeschaltet wird, wenn die primärseitige Spannung übermäßig groß wird, so daß die primäre Energieversorgung kurzgeschlossen wird, wobei diese Energieversorgung ihrerseits gegen die Wirkung des Kurzschlusses dadurch geschützt ist, daß eine Sicherung oder eine Strombegrenzungsanordnung vorgesehen wird. Obwohl diese Lösung als Schutzeinrichtung wirksam ist, ist sie in manchen Fällen unbefriedigend, insbesondere wenn die Art der Anwendung der Leistungsversorgung und/oder die Art der Arbeit, die durchgeführt wird, insbesondere die Entwicklungsarbeit, derart ist, daß Energieübertragungsfehler oder

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überschreitet, die Diode einen Strom von der Hilfswicklung an die primäre Energieversorgung in einer derartigen Sichtung leitet, daß dieser Strom zur normalen Stromrichtung aus der primären Energieversorgung entgegengesetzt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform der Leistungsversorgung weist einen mit einem Kern versehenen Transformator 1 auf, dessen primäre Hauptwicklung 2 über einen Primärschalter 3» beispielsweise einen Transistorschalter, mit einer primären Energieversorgung 4· verbunden ist, die eine Gleichspannung Vs liefert. Die Sekundärwicklung 5 des Transformators ist über eine Diode 6 mit einer Serienkombination eines Kondensators 7 und einer Last S, beispielsweise einem CO^-Gaslaser, verbunden. Ein Schalter 9» beispielsweise ein Halbleiter- oder Funkenstreckenschalter, ist längs der Kondensator-/Lastkombination angeschaltet. Eine Transformator-Hilfswicklung 10 ist in Serie mit einer Diode 11 längs der primären Energiequelle 4 angeschaltet. Im Normalbetrieb wird der Schalter 3 periodisch mit hoher Geschwindigkeit geschlossen, und in seinem geschlossenen Zustand baut sich ein Strom aus der Primärquelle 4 in der Wicklung 2 auf, während eine Magnetflußenergie in dem Transformatorkern und dessen Wicklungen gespeichert wird. Bei jedem öffnen des Schalters 3 bricht die gespeicherte Magnetflußenergie zusammen und ein Spannungsimpuls erscheint längs der Sekundärwicklung 5» und dieser Spannungsimpuls wird über

die Diode 6 an, den Kondensator 7 übertragen₉ wobei die Last 8 derart ausgebildet ist ^ daß sie einen Ladestrom— weg für den Kondensator bildet« Wenn die Last diesen Ladestromweg nicht bilden kann,, so konnte sie dxircli eine kleine Induktivität oder beispielsweise eine Diode überbrückt werden. Der Schalter 9 wird ebenfalls periodisch, geschlossen, tind zwar in ein.ee lii-Synehronismus mit dem Schalter 3 oder auf andere gewünschte Weise» um den Kondensator 7 über die Last 8 zu entladen»

Während des Mormalbetriebs wird weiterhin eine Spannung längs der Hilfswicklung 10 erzeugt» Diese Wicklung weist eine derartige Anzahl von Windungen auf und ist ebenso wie die Diode 11 so gepolt und mit der Primärquelle 4-verbunden, daß im Hormalbetrieb der Vorgang des Schließens und nachfolgenden öffnens des Schalters 3 die Diode 11 gerade kurz vor dem Bereich einer vollen Leitfähigkeit vorspannt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Zustand dadurch erreicht, daß die Kathode der Diode 11 mit dem positiven Anschluß der Primärquelle 4 verbunden ist, während die Anode dieser Diode mit dem Ende der Wicklung 10 verbunden ist, an dem positive Spannungsspitaen beim öffnen des Schalters 3 auftreten.

Es kann gezeigt werden, daß die dem Kondensator 7 beim öffnen des Schalters 3 zugeführte Spannung Vc durch die Gleichung I*\/L_f/C gegeben ist, worin I der in der Wicklung 2 zum Zeitpunkt des öffnens des Schalters fließende Strom, L» die Induktivität der Wicklung 2 und C die Kapazität des Kondensators 7 ist. Gleichzeitig ist die in der

Wicklung 2 induzierte Spannung gleich 7c»N1/Ei2 (so daß die Spannung längs des Schalters 3 auf den Wert Vs + Vc-N1/IT2 ansteigt) und die in der Wicklung 10 induzierte Spannung ist gleich Vc^#N3/N2, worin N1, N2 und N3 die Anzahl der Windungen der Wicklungen 2, 5 bzw. 10 sind. Die in der Wicklung 10 induzierte Spannung wird der Anode der Diode 11 zugeführt, deren Kathode auf dem Potential Vs der Primärquelle liegt. Entsprechend ist die Anzahl der Windungen N3 der Wicklung 10 bezogen auf die Spannung der Primärquelle und die Anzahl der Windungen der Wicklung 5 derart gewählt, daS Vc-N3/&2^ Vs ist. Die relativen Windungszahlen der Wicklungen 2 und 5 und die Primärquellenspannung selbst werden selbstverständlich in der Hauptsache im Hinblick auf die zu erzeugende Spannung Vc ausgewählt.

Wenn nunmehr eine Fehlzündung auftritt, d. h. wenn der Kondensator 7 aufhört, sich in geeigneter Weise in die Last 8 zu entladen, so steigt Jedesmal dann, wenn der Schalter 3 geöffnet wird, um mehr Energie auf den Kondensator zu übertragen, die an die Anode der Diode 11 angelegte Spannung. In Abhängigkeit von der gewählten Größe der Differenz zwischen Vc»Ii3/Ii2 und Vs beginnt diese letztere Diode 11 früher oder später zu leiten und die in dem Transformator gespeicherte Energie wird zur Primärquelle 4- zurückgeführt. Im Grenzfall, in dem Vc»N3/8i2 gleich Vs ist, bewirkt die Diode 11 im Ergebnis ein Klemmen der Kondensatorspannung auf einen festen Wert, d. h. die Kondensatorschaltung Vc wird beim öffnen des Schalters 3 nach einer Fehlzündung praktisch nicht geändert, und unter der Annahme einer theoretisch widerstandsfreien Schaltung wird die in dem Transformator 1 gespeicherte

Eis älalieli®s Ergebnis wird erzielt^ wean der Kapazitäts w©r£ dss Kondensators 7 absinkt oder wenn eine XJaterbre·= chuag zwischen d©n Koadeasator uaö dem Transformator auf· trittj äo ^o die äer iaoä© ä@r Diode 11 augeführte Span» rnsag steigt an imä äi© Dioä© leitet dasss die ia dea •Transformator gespeichert© Eaergi© zur Primärquell© au= rückο Bi© Spaaauag längs das Schalters 3 «Irfi auf den ¥@rt (Ts + ¥D)°(ifi/S5) + Ts begrenzt,, tmhrend die Span= aiaag längs ä®r l-Jickltiag 5 amf (Vs -f ¥D)°(l'2^3)toesreiizt _ΐίΐ3?α_? wobei ¥D der Spaammgsabfall längs ä®s Diode 11 im l®it©nä@a -Zustanä ist ο -

I⁵Ur ©ia© "best® Betriebsweise der gezeigtea siaä die Wicklungen 2 imi 10' Torsugsweise eag oiteinanäer gekoppelt ο Di© Eoppliaag dieser Hickltsngen mit- der ¥ick= liaag 5 ist geäoeli voa geriagsrer

Es ist damit zu ®rk®sa©a_s öaS dl© 'besclirie'bsn.© Schaltuag so ausgelegt x-j©rä@n kasa.₉ daß si© ia i-jirkangsiroller Heise g@g©m di© 4-as-cjirkOa.gaa von !©lalgüaehffigen geschützt ist, ^©fioeli aicfet vollständig abgeschaltet mri₅ w®aa ©ia© darartig© I©M,süaämig auftritt ο Di© Schal tung arbeitet vi©lia@nr mit Amsaatae ä©s FehlaündOngsimpulses aormal tj©it@r_ö ¥©iterhin wird" di© Energie, di© auf di© Last Übertrages werden sollt© tsnd aieht übertragen werden koaa,t®p für ä©a nä©ast'©n Sriggerversuc-h beibehaltea^ vxl& al® überschüssig© Energie? die auf den Kondensator beim nächsten Obertragaagszykliis übertragen würd©₉ wird zur Prifflärquell© sTOÜekg®l®it®t, so äaß Energi©verlust© von öer Primärgiaelle amfgnmä eiser lehlsündimg in

wesentlichen vermieden werden«

Vie dies bereits erwähnt wurde, ist der Grundgedanke der Erfindung nicht nur auf die gnaadlegende Form einer Induktivitäts-Kondensator-Leistungsversorgung der hier gezeigten Art anwendbar, sondern auch auf die verschiedenen Modifikationen der Leistungsversorgungen, die in den eingangs genannten Patentschriften beschrieben sind. Die Fritnärquelle 4 muß nicht eine galvanische Zelle oder eine Batterie sein, wie dies dargestellt ist, sondern sie kann beispielsweise eine primär© Energieversorgung vom Gleichrichter-/Kondensator-Typ sein.

Weiterhin ist zu erkennen,, daß, weil die Wirkung der Diode 11 und der Hilfswicklung 10 darin besteht, die Spannung Vc auf einen vorgegebenen Wert festzuklemmen, diese Bauteile als Einrichtung sur Steuerung des Wertes von Vc verwendet werden können, so daß sie nicht nur einfach als Einrichtung sum Schutz der Schaltung gegen Fehlzündungen dienen. Die Schaltungsbauteile können entsprechend so gewählt werden, daß bei Fehlen der Wicklung 10 und der Diode 11 die Kondensatorspannung Vc etwas höher als erforderlich sein würde (selbst bei Fehlen einer Fehlzündung), wobei die Wicklung 10 und die Diode 11 so ausgebildet werden, daß die Diode 11 selbst während des normalen Betriebes leitet und Ve auf den vorgegebenen erforderlichen Wert festhält oder klemmt» Die Spannung Vc wird dadurch in gewissem lusmaB stabilisiert und die Diode bewirkt weiterhin einen Schutz der Schaltung im Fall einer Fehlzündung»

Es ist zu erkennen,, daß es nicht wesentlich ist, daß der

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Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Europäische Patentvertreter Dipl.-Ing. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipi.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 4. November 1982

BRITISH AEROSPACE Unser Zeichen: 17 564

PUBLIC LIMITED COMPANY

entansprüche

mit einem induktiven Bauteil, mit ©ia©a Kondensator, mit einer primären Energieversorgeag und mit Übertragungseinrichtungen, die bewirken, öaß von i©r primären Energieversorgung abgeleitete

is dee induktiven Bauteil aufgebaut und dann Soadensator übertragen wird, dadurch gokemaseichnet , daß Schaltungseinriclitizagsn (10, 11) vorgesehen sind, die mit den inöi&tiT©a Bauteil (2) und der primären Energieversorgösg (4) äarart gekoppelt sind, daß sie Eaergie von <ä©s iadufetivsa Bauteil (2) ableiten und dies© Energie %-as primären Energieversorgung zurückspeisen_o

nach Anspruch 1, dadurch gefesaaseichnet , daß die Schaltrungseimricht-ungen (10, 11) eine dem induktiven Bauteil (2) zugeordnete Hilfswicklung (1) und eine Diode (11) einachlieBen* die zwischen der Hilfswicklung (10) und der primären Energieversorgung (4) eingeschaltet ist, und daß die Hilfswicklung (10) derart bemessen ist, iaS sie äie Diode (11) während des Normalbetriebs der leistungsversorgung bis kurz vor dem leitfähigen Zustand vorspannt, während, wenn die in der

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Hilfswicklung (10) induzierte Spannung ihren Normalwert überschreitet, die Diode (11) einen Strom von der Hilfswicklung (10) zur primären Energieversorgung (4·) entgegengesetzt zur normalen Richtung des Stromes aus dieser primären Energieversorgung leitet.

Leistungsversorgung nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltungseinrichtungen (10, 11) eine dem induktiven Bauteil (2) zugeordnete Hilfswicklung (10) und eine Diode (11) einschließen, die zwischen der Hilfswicklung (10) und der primären Energieversorgung (4) eingeschaltet ist, und daß die Hilfswicklung (10) die Diode (11) in ihren leitenden Zustand vorspannt, so daß die Diode (11) die in dem induktiven Bauteil (2) induzierte Spannung klemmt.