DE3333759A1

DE3333759A1 - Selbsttaetige elektrische ein- und ausschaltvorrichtung fuer spannungswandler

Info

Publication number: DE3333759A1
Application number: DE19833333759
Authority: DE
Inventors: Hermann 8909 Aletshausen Briechle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1985-04-18
Also published as: DE3333759C2

Description

ßeschreibung

elektrische

Selbsttätige/Ein- und Ausschaltvorrichtung für Spannungswandler Zur Erfüllung der Forderung nach einem akkumulatorbetriebe nen Ersatzstromerzeuger ohne Bedienelemente ist es zweckmäßig einen elektronischen Spannungswandler mit einem automatischen Schaltsystem auszurüsten. Das Schaltsystem kann dann als optimal angesehen werden, wenn seine Eigen- beziehungsweise seine Leerlaufstromaufnahme deutlich unter dem Selbstentladestrom des Akkumulators liegt.
Dem Erfinder ist bisher keine Anordnung bekannt, die diese Forderung erfüllt. Stattdessen wird das Problem mittels einfachen drahtgebundenen Fernschaltern gelöst (ELV- Journal Nr. 21 Seite 4off), Die Bedienung solcher Geräte mit Fernschalter ist umständlich. Außerdem kann der Versorgungsakkumulator sich völlig entladen, wenn vergessen wird, den Wandler nach Gebrauch abzuschalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen funktionssicheren automatischen Schalter zu entwickeln, der oben genanc l-orderungen erfüllt und selbst bei angeschlossenen Leistungen vor wenigen Watt zuverlässig schaltet. Desweite- ren ist die Forderung nach Schutz trennung des Wandlerausgangskreises vom Versorgungssystem gemäß den VDE- Sicherheitsvorschriften zu beachten.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung gelöst, wie sie im Hauptanspruch beschrieben ist. Wird an den Spannungswandler zusätzlich die Forderung nach Fremdschwingungsfreiheit der Ausgangsspannung gestellt, kann dies mit einer Anordnung verwirklicht werden, wie sie im Nebenanspruch dargestellt ist.
Die Vorteile der Erfindung liegen neben dem niedrigen Stromverbrauch insbesondere in der Möglichkeit, einen Spannungswandler ohne irgendwelche Bedienelemente bauen zu können.
Es ergibt sich auch der Vorzug, die genannten Funktionen ausschließlich unter Verwendung genormter und handelsüblicher Bauteile erreichen zu können. Außerdem läßt sich die Anordnung ohne die Verwndung mechanisch bewegter Teile aufbauen, wodurch weitgehende Verschleißfreiheit erreicht wird.
Im Einzelnen kann die Erfindung wie folgt ausgeführt werden: Ausgegangen wird von einem Wandler mit einer Leistung von 600 Volt- Ampere. Die Form der Ausgangsspannung ist rechteckig mit gesteuerter Tastlücke.
Der Impulsgenerator nacl,l-{aupLanspXtish(,) wird mit einem in- tegrierten Zeitgeher- Schaltkreis in Metall- Oxid- Schicht Technologie verwirklicht. Er wird so beschaltet, daß er einen Rechteckimpuls von etwa 250 Mikrosekunden Dauer und Pausenzeiten von etwa 0,5 Sekunden liefert. Diese Nadelimpulse werden verstärkt der Hochstrom- Schaltstufe des Wandlers zugeführt. Diese Stufe legt dann eine Seite der Gegentaktwicklung des Leistungstransformators für die Dauer der Impulse an die Stromquelle. Das Impulssignal wird somit galvanisch getrennt ständig in den Ausgangskreis eingekoppelt, wie auch die Abbildung zeigt.
Dort ist nun ein Steuertransformator nach Hauptanspruch (2) so eingeschaltet, daß er immer dann Steuerimpulse induziert, wenn eine Last den Wandler Ausgangskreis schließt. Die Primärwicklung des Steuertransformators ist durch zwei gegenparallel geschaltete Dioden vor Überspannung geschützt. A1s Steuertransformator kann dann ein Kleintransformator mit 1,5 Volt- Ampere Leistung und 220 / 24 Volt Nennspannung verwendet werden. Er ist mit der 24 Volt Wicklung in den Lastkreis geschaltet (siehe Abbildung). Auf diese Weise wird ein Signal, das vom Laststrom herrührt, ebenso wie die Nadelimpulse wieder galvanisch getrennt aus dem Lastkreis ausgekoppelt. Beide Signale erzeugen dann in der nachfolgenden Schaltstufe die gleiche Wirkung.
Der Schaltstufe nach Hauptanspruch (3) muß in der Regel ein Tiefpaß-Filter vorgeschaltet werden, vor allem, wenn der Wandler ein rechteckiges Ausgangssignal liefert. fiur- gabe dieses Tiefpasses ist es, ein Weiterlaufen des Wandlers nach Abschalten der Last zu verhindern, da die Kapazität des Anschlußkabels der Last den Ausgangskreis für hohe Frequenzen schließt. Oberwellen könnten dann die Schaltstufe durchsteuern. Die Schaltstufe selbst kann wie folgt aufgebaut werden: Der Sekundärwicklung des Steuertransformators (220 Volt- Wicklung) wird ein Kondensator von 0,1 Mikrofarad als Tiefpaß parallel geschaltet. Das Signal wird über eine Diode gleichgerichtet und einem Siebkondensator von 0,22 Mikrofarad zugeführt. Das so entstehende Gleichstromsignal liegt dann an der Basis- Emitter-Strecke eines bipolaren Silizium- Transistors und schaltet diesen bei Erreichten der Emitter- Basis- Durchbruchsspannung in den leitenden Zustand. In weiterer Folge können alle Halbleiter der SchaltstuFe so angeordnet werden, daß die ganze Schaltstufe einerseits eine hohe Schaltverstärkung aufweist, aber andererseits in ausgeschaltetem Zustand nur den Sperrstrom der Halbleiter als Ruhestrom aufnimmt. Die erforderliche Ausschaltverzögerung läßt sich am besten durch asymmetrische Ladung und Entladung eines Kondensators erzielen. An die Stabilität der Verzögerungszeit werden keine hohen Anforderungen gestellt, da sie reichlich bemessen werden kann. Der Steuerteil des Wandlers wird am zweckmäßigsten mittels Schalttransistor mit Betriebsspannung versorgt.
Die Entm.gnetisierung nach Hauptanspruch (4) kann wie folgt erreicht werden: Die Abschaltverzdgerung der Schaltstufe läßt zuerst eine Steuerspannung stetig gegen null laufen, welche im Wandler eine stetige Impulsbreitenverminderung des Steuersignals für die Hochstrom- Schaltstufe bewirkt, dann erst wird der gesamte Wandler- Steuerteil von der Stromquelle elektrisch getrennt. Eine zuverlässige Entmagnetisierung des Transformatorkerns ist unerläßlich, da andernfalls der Transformator im ungünstigsten Fall die Dauerbereitschaftsimpulse nur sehr abgeschwächt übertragen würde und der Wandler bei geringer Last nicht starten würde. Außerdem würde dann bei Dauerbereitschaft ständig ein Klopfgeräusch aus dem Leistungstransformator zu hören sein.
Wird die Anordnung wie bis hier beschrieben ausgeführt, so ist im Einschaltzustand des Wandlers die Ausgangsspannung mit Bereitschaftaimpulsen beaufschlagt. Soll dies vermieden werden, so ist eine Einrichtung nach dem Nebenanspruch zweckmäßig. Es kann zum Beispiel das Schaltstufen- Ausgangssignal invertiert werden um damit die Versorgungsspannung des Impulsgenerators zu schalten, Das hier beschriebe Wandler- Schalter- System weist im usgeschalteten Zustand bei 12 Volt Betriebsspannung nur eine effektive Stromaufnahme von vier Milli- Ampere auf. Der Wandler springt zuverlässig bei Lasten ab zwei Watt nach spätestens 0,5 Sekunden an und schaltet nach etwa 0 ,ß Sekunden nach Abschalten der Last wieder ab.
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Claims

Patentansprüche Hauptanspruch: Selbsttätige elektrische Ein- und Ausschaltvorrichtung für Spannungswandler zur Erreichung eines äußerst geringen Leistungsbedarfes des Wandler Schalter- Systems in ausgeschaltetem Zustand, gekennzeichnet durch 1. die Einspeisung von sehr schmalen Impulsen in zeitlich relativ großen Abständen in den Ausgangsstromkreis eines Spannungswandlers, wobei der Leistungstransformator dieses Wandlers gleichzeitig als Impulstransformator dient, 2. einen Steuertransformator im Ausgangsstromkreis des Wandlers. Der Steuertransformator ist so geschaltet, daß er beim Anschluß eines elektrischen Verbrauchers an den Wandler die in (1) genannten Impulse als Informationssignal an eine Schaltstufe überträgt und ebenfalls einen Teil des Laststromes im Ausgansskreis des Wandlers als Steuersignal an diese Schaltstufe übertragen kann, 3. einer Schaltstufe, welche bei Ankommen eines Steuerimpulses riach (2) oder eines Steuersignales nach (2) aus dem Steuertransformator nach (2) unverzüglich einschaltet, bei Vorhandensein Bin ES der beiden oder beider Steuerinformatio nen eingeschaltet bleibt und nach Fortfall dieser Signale derartig zeitverzögert abschaltet, daß die Abstände zwischen den Impulsen nach (1) überbrückt werden, 4. eine Anordnung, die bewirkt, daß heim selbsttätigen Abschalten des Wandlers der Kern seines Leistungstransformators entmagnetisiert wird.

Nebenanspruch: Selbsttätige elektrische Ein- und Ausschaltworrichtung für Spannungswandler nach Hauptanspruch, mit der zusätzlichen Forderung nach Fremdschwingungsfreiheit der Ausgangsspannung des Wandlers, gekennzeichnet durch alle Merkmale des Hauptanspruchs und durch eine Vorrichtung, die bewirkt, daß bei eingeschaltetem Wandler die Impulse nach Hauptanspruch (1) abgeschwächt oder ganz unterdrückt werden.