DE3545770A1 - Circuit arrangement for harmonic-free DC voltage supply of a load from an AC voltage source via a converter and an active filter - Google Patents

Circuit arrangement for harmonic-free DC voltage supply of a load from an AC voltage source via a converter and an active filter

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DE3545770A1 DE19853545770 DE3545770A DE3545770A1 DE 3545770 A1 DE3545770 A1 DE 3545770A1 DE 19853545770 DE19853545770 DE 19853545770 DE 3545770 A DE3545770 A DE 3545770A DE 3545770 A1 DE3545770 A1 DE 3545770A1
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Abstract

In order to produce a harmonic-free voltage of alternating polarity with low circuitry complexity and with high control accuracy and with a high control dynamic range at the same time, a converter (1) which is supplied from an AC voltage source is connected in series with an active filter on the DC voltage side. The active filter consists of at least one switching cascade amplifier (2A) having a plurality of switching stages (61, 62...67) which can be driven independently of one another and/or of one or more linear amplifier stages. The active filter (2A) injects an AC voltage into the DC voltage circuit of the converter (1), which AC voltage corresponds to the AC voltage which is superimposed on the output DC voltage of the converter (1), but with the opposite mathematical sign. The circuit arrangement can be used advantageously in the case of a power supply for magnets in a particle accelerator. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist durch die FR-B-15 90 167 bekannt.The invention relates to a circuit arrangement accordingly the preamble of claim 1. Such an arrangement is by FR-B-15 90 167 is known.

Bei konventionellen Stromversorgungen, z. B. bei dem in der FR-B-15 90 167 angegebenen netzgeführten Stromrichter mit nachgeschaltetem, passivem Tiefpaßfilter, läßt sich eine hohe Regelgenauigkeit wegen des damit verbundenen hohen Filteraufwands grundsätzlich nur mit entsprechend geringer Regeldynamik erzielen und umgekehrt.With conventional power supplies, e.g. B. in FR-B-15 90 167 specified mains-operated converter with a downstream, passive Low pass filter, can be a high control accuracy because of the associated high filter effort generally only with a correspondingly lower level Achieve control dynamics and vice versa.

Z. B. bei einer Stromversorgung von Magneten für Teilchenbeschleuniger ist jedoch sowohl eine hohe Regeldynamik als auch eine hohe Regelgenauigkeit der oberschwingungsfreien Verbraucherspannung nötig. Eine derartige Spannung ist in ihrem gewünschten zeitlichen Verlauf in Fig. 5 gezeigt. Die Änderung der Polarität soll dabei im Millisekundenbereich erfolgen.In the case of a power supply for magnets for particle accelerators, however, both high control dynamics and high control accuracy of the harmonic-free consumer voltage are necessary. Such a voltage is shown in its desired temporal course in FIG. 5. The change in polarity should take place in the millisecond range.

In der EP-A1-01 34 505 ist eine diesen Anforderungen gerecht werdende digital geregelte Stromversorgung mit hohem Wirkungsgrad, hoher Zuverlässigkeit und guter Regeldynamik beschrieben, die aus mehreren Schaltverstärkerstufen besteht, deren Ausgangsspannungen gleiche Polarität besitzen. Die Stufen sind zur Summierung der Ausgangsspannungen über eine Diodenkaskade in Reihe geschaltet und können zur Regelung der so erzeugten Gleichspannung außerdem unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden. Die Ausgangsspannungen der Mehrzahl der Stufen sind gleich, die der übrigen Stufen sind binär gewichtet. Die Gleichspannung ist im gesamten Spannungsbereich regelbar. Die Genauigkeit bzw. die Dynamik der Regelung hängen dabei vom Quantisierungsgrad der erzeugten Gleichspannung bzw. von der Abtastfrequenz ab, sie können jedoch hoch angesetzt werden. Allerdings ist der schaltungstechnische Aufwand sehr groß und die Ansteuerung der Schaltverstärkerstufen auf hohem Potential ist in vielen Fällen nachteilig.EP-A1-01 34 505 describes one that meets these requirements digitally controlled power supply with high efficiency, high reliability and good control dynamics described, which consist of several  There are switching amplifier stages whose output voltages have the same polarity have. The stages are about to sum the output voltages a diode cascade connected in series and can be used to control the so generated DC voltage also independently turned off. The output voltages of the majority of the stages are equal, those of the other levels are binary weighted. The DC voltage can be regulated in the entire voltage range. The accuracy or the dynamics of the control depend on the degree of quantization of the generated DC voltage or from the sampling frequency, but they can be set high. However, the circuitry is complex very large and the control of the switching amplifier stages at high Potential is disadvantageous in many cases.

In der DE-A1-18 16 530 ist eine analoggeregelte Stromversorgung mit hohem Wirkungsgrad angegeben, die aus mehreren Verstärkerstufen besteht, deren Ausgangsspannungen ebenfalls die gleiche Polarität besitzen. Die Stufen sind zur Summierung der Ausgangsspannungen über eine Transistorkaskade in Reihe geschaltet. Zur Erzeugung der für die Stromversorgung benötigten Gleichspannung werden die Transistoren so gesteuert, daß mehrere direkt hintereinandergeschaltete Verstärkerstufen (einschließlich der Stufe mit dem niedrigsten Potential) eingeschaltet werden, wobei zur Regelung der Spannung für die Stromversorgung der Transistor der Stufe mit dem jeweils höchsten Potential als Großsignalverstärker arbeitet, während die übrigen eingeschalteten Stufen mit jeweils durchgeschaltetem Transistor die maximale Ausgangsspannung abgeben. Auch hier stört der hohe schaltungstechnische Aufwand und in vielen Fällen die Ansteuerung der Transistoren auf hohem Potential.DE-A1-18 16 530 includes an analog-regulated power supply specified high efficiency, which consists of several amplifier stages, whose output voltages also have the same polarity. The steps are for summing the output voltages over a Transistor cascade connected in series. To generate the power supply required DC voltage, the transistors are controlled so that several directly connected amplifier stages (including the level with the lowest potential) are switched on, whereby to regulate the voltage for the power supply of the transistor Stage with the highest potential works as a large signal amplifier, while the other switched on stages with switched through Output transistor the maximum output voltage. Here, too, is annoying high circuit complexity and in many cases the control of the transistors at high potential.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit geringem schaltungstechnischen Aufwand bei hoher Regelgenauigkeit und bei gleichzeitig hoher Regeldynamik eine oberschwingungsfreie Spannung wechselnder Polarität erzeugt, die außerdem sehr genau einer vorgegebenen Führungsgröße folgt. The invention has for its object a circuit arrangement of Specify the type mentioned, the low circuitry Effort with high control accuracy and high control dynamics at the same time generates a harmonic-free voltage of alternating polarity, which also very precisely follows a given command variable.  

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by those characterized in claim 1 Features solved.

Vorteilhaft fällt bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung der schaltungstechnisch geringe Aufwand ins Gewicht. Anstelle mehrerer Schaltstufen wird ein einfacher Stromrichter eingesetzt. Dieser Stromrichter liefert eine der Regeldynamik und der Regelgenauigkeit bei Stromversorgungsanlagen für Magnete bei Teilchenbeschleunigern genügende Ausspannung u d , die einen Gleichanteil d und einen Wechselanteil u ∼ aufweist. Mit dem angegebenen Aktivfilter ist es auf eine einfache Weise möglich, den Wechselanteil u ∼ zu kompensieren. Dazu werden nur wenige Schaltstufen benötigt, zumal nur halb soviele Stufen mit umschaltbarer Ausgangsspannungspolarität erforderlich sind als Stufen mit nicht umschaltbarer Ausgangsspannungspolarität.The circuit arrangement according to the invention advantageously includes Circuitry little effort in weight. Instead of several Switching stages, a simple converter is used. This converter provides one of the control dynamics and control accuracy Power supply systems for magnets sufficient for particle accelerators Relaxationu d that have a DC share d  and one Alternating shareu ∼ having. With the specified active filter it is on an easy way possible, the alternating shareu ∼ to compensate. To only a few switching stages are required, especially only half as many stages with switchable output voltage polarity are required as stages with non-switchable output voltage polarity.

In den Schaltstufen mit induktiver Einkopplung werden Gleichspannungssignale mit wechselnder Polarität erzeugt, die in den Hauptstromkreis der Stromversorgung eingekoppelt werden, wo sie sich zu einer Wechselspannung u G summieren. Je nachdem, ob die Verstärkerstufen als Schaltverstärker oder als Großsignalverstärker bzw. als Schaltverstärker in Reihe mit einem Linearverstärker arbeiten, wird die Spannung u G entweder in quantisierter oder in analoger Form erzeugt. Die Spannung u G entspricht dabei bis auf das Vorzeichen der im Stromrichter erzeugten und der Gleichspannung überlagerten Wechselspannung u ∼ und hebt diese daher in ihrer Wirkung auf, wobei bei der quantisierten Form der Spannung u G grundsätzlich eine allerdings sehr kleine durch den Quantisierungsfehler hervorgerufene Abweichung des Istwerts der oberschwingungsfreien Gleichspannung vom Sollwert verbleibt.In the switching stages with inductive coupling, DC signals with alternating polarity are generated, which are coupled into the main circuit of the power supply, where they add up to an AC voltage u G. Depending on whether the amplifier stages operate as a switching amplifier or as a large signal amplifier or as a switching amplifier in series with a linear amplifier, the voltage u G is generated either in quantized or in analog form. The voltage u G corresponds to the sign of the alternating voltage u ∼ generated in the converter and superimposed on the direct voltage and therefore eliminates its effect, although with the quantized form of the voltage u G there is basically a very small deviation of the caused by the quantization error The actual value of the harmonic-free DC voltage remains from the setpoint.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims featured.

Erfolgt die Einkopplung der Ausgangssignale der Schaltstufen über einen induktiven Übertrager, ist die Ansteuerung der Verstärkerstufen auf niedrigem Potential gewährleistet. Eine direkte Einspeisung der Ausgangssignale der Schaltstufenverstärker hat zwar den Nachteil einer Ansteuerung auf hohem Potential, läßt aber eine höhere Regeldynamik zu.If the output signals of the switching stages are coupled in via a inductive transformer, is the control of the amplifier stages guaranteed low potential. A direct feed of the output signals the switching stage amplifier has the disadvantage of control  at high potential, but allows higher control dynamics.

Ist der Aktivfilter rückspeisefähig, ist eine Rückspeisung der Energie bei einer Spannungsumkehr am Verbraucher über den Stromrichter und den Filter möglich.If the active filter is capable of being regenerated, the energy is fed back a voltage reversal at the consumer via the converter and the Filters possible.

Den hier angeführten und im folgenden näher erläuterten Anordnungen zur Erzeugung einer Wechselspannung u G sind Anordnungen äquivalent, die eine Gleichspannung u G erzeugen. Der zeitliche Verlauf der Spannung u G ist in jedem Fall so gewählt, daß die Summe aus den Spannungen u d , u ∼ und u G eine geregelte Gleichspannung d2 ergibt, die entweder höher ist als die Spannung u d (bei gleicher Polarität der Spannungen u d und u G ) oder niedriger (bei entgegengesetzter Polarität der Spannungen u d und u G ).The arrangements listed here and explained in more detail below to generate an alternating voltageu G  are orders equivalent, which is a DC voltageu G  produce. The time course of the tensionu G   is chosen in any case so that the sum of the tensionsu d ,u ∼ and u G  a regulated DC voltage d 2 that is either higher than the voltageu d  (with the same polarity of the voltagesu d  andu G ) or lower (with opposite polarity of the voltagesu d  andu G ).

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigenPreferred embodiments of the invention are described below the drawing explained. Show it

Fig. 1 den Leistungsteil einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reihenschaltung eines netzgeführten Stromrichters und eines Schaltstufenverstärkers, Fig. 1 shows the performance of part of a preferred embodiment of the series circuit of the invention of a line-commutated converter and a switching stage amplifier,

Fig. 2 den Leistungsteil einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines in Reihe geschalteten Schaltstufenverstärkers mit Stufen gleicher Ausgangsspannung, Fig. 2 shows the performance of part of another advantageous embodiment of a series-connected switching stage amplifier stages with the same output voltage,

Fig. 3 den Leistungsteil einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines in Reihe geschalteten Schaltstufenverstärkers mit Stufen mit binär gewichteten Ausgangsspannungen, Fig. 3 shows the performance of part of a further advantageous embodiment of a series-connected switching stages amplifier stages with binary-weighted output voltages,

Fig. 4 den Leistungsteil einer vorteilhaften Ausgestaltung eines direkt mit dem Stromrichter in Reihe geschalteten Schaltstufenverstärkers und Fig. 4 shows the power section of an advantageous embodiment of a switching stage amplifier connected in series with the converter and

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Verbraucherspannung. Fig. 5 shows the time course of the consumer voltage.

Fig. 1 zeigt den Leistungsteil einer erfindungsgemäßen Stromversorgung, die aus einer Reihenschaltung eines konventionell netzgeführten Stromrichters 1 und eines Schaltstufenverstärkers 2 A besteht. Die Anordnung ist über Verbindungsleitungen 4-6 mit einer Last 8 verbunden, die z. B. aus einem ohmschen Widerstand 81 und einer Induktivität 82 gebildet ist. Fig. 1 shows the performance of part of a power supply according to the invention consists of 2 A of a series circuit of a conventional line-commutated converter 1 and a switching stage amplifier. The arrangement is connected via connecting lines 4-6 to a load 8 , which, for. B. is formed from an ohmic resistor 81 and an inductor 82 .

Der Stromrichter 1 besteht in bekannter Weise aus dreiphasigen Netztransformatoren 11, 12, zwei gesteuerten Dreiphasen-Brückenschaltungen 21, 22 und einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter aus Drosselspulen 31, 32 und einem Kondensator 33.The converter 1 consists in a known manner of three-phase mains transformers 11, 12 , two controlled three-phase bridge circuits 21, 22 and a downstream low-pass filter made of choke coils 31, 32 and a capacitor 33 .

Der als Aktivfilter wirkende Schaltstufenverstärker 2 A besteht aus mehreren induktiven Übertragern mit mehreren in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 41 . . . 47 und Primärwicklungen 51, 52, . . . 57, an die jeweils eine Verstärkerstufe 61, 62 . . . 67 angeschlossen ist. Die Verstärkerstufen 61, 62 . . . 67 sind jeweils aus vier gesteuerten Stromrichterventilen 611-614, 621-624, . . . 671-674 und vier Dioden 615-618, 625-628, . . . 675-678 -gebildet. Eingangsseitig sind die Verstärkerstufen jeweils an eine Gleichspannungsquelle 71, 72, . . . 77 angeschlossen.The switching stage amplifier 2 A , which acts as an active filter, consists of several inductive transformers with several secondary windings 41 connected in series . . . 47 and primary windings 51, 52 ,. . . 57 , to each of which an amplifier stage 61, 62. . . 67 is connected. The amplifier stages 61, 62. . . 67 are each made up of four controlled converter valves 611-614 , 621-624,. . . 671-674 and four diodes 615-618, 625-628,. . . 675-678 -formed. On the input side, the amplifier stages are each connected to a DC voltage source 71, 72,. . . 77 connected.

Der Stromrichter 1 erzeugt eine Gleichspannung u d mit einem Gleichanteil d , dem eine Wechselspannung u ∼ überlagert ist.The converter1 generates a DC voltageu d  with a DC component d which is an AC voltageu ∼ is superimposed.

Zum Ausgleich der Wechselspannung u ∼ erzeugen die Verstärkerstufen 61, 62, . . . 67 Gleichspannungssignale wechselnder Polarität u 1, u 2, . . . u 7, die über die induktiven Übertrager galvanisch getrennt in den Hauptstromkreis der Stromversorgung eingespeist werden und sich dort zu einer Wechselspannung u G summieren, die je nach Betriebsart der Verstärkerstufen entweder quantisiert oder analog ist.To compensate for the AC voltage u ∼ , the amplifier stages 61, 62,. . . 67 DC signals of alternating polarity u 1 , u 2 ,. . . u 7 , which are fed into the main circuit of the power supply in an electrically isolated manner via the inductive transformers and add up there to an alternating voltage u G , which, depending on the operating mode of the amplifier stages, is either quantized or analog.

Die Spannung u G entspricht dabei bis auf das Vorzeichen der Wechselspannung u ∼ und hebt diese daher in ihrer Wirkung auf, sofern nicht ein allerdings sehr geringer Fehler infolge der Quantisierung durch die Schaltstufen verbleibt. Die Zahl bzw. die Kombination der eingeschalteten Stufen sowie das Vorzeichen ihrer Ausgangsspannungen hängen dabei vom Momentanwert der Spannung u ∼ ab. Ist die Spannung u G quantisiert, verbleibt grundsätzlich eine durch den Quantisierungsfehler hervorgerufene geringe Abweichung des Istwerts der Spannung d 2 vom Sollwert. Um den Quantisierungsfehler infolge der endlichen Zahl der Schaltstufen 61. . .67 auszugleichen, liefert ein in Fig. 1 nicht gezeigter, an sich bekannter, ebenfalls in Reihe mit den Schaltstufenverstärkern geschalteter Linearverstärker Ausgangssignale u V , die der Spannung u G zugefügt werden, so daß schließlich die oberschwingungsfreie gewünschte Spannung d 2 erstellt wird.The voltageu G  corresponds to the sign of the AC voltageu ∼ and therefore cancels their effect, if not one however, very small errors due to the quantization by the switching stages remains. The number or combination of the activated stages  and the sign of their output voltages depend on the instantaneous value of tensionu ∼ from. Is the tensionu G  quantized, remains basically a small one caused by the quantization error Deviation of the actual value of the voltage d 2nd from the setpoint. About the quantization error due to the finite number of switching stages61. .67 to compensate delivers an inFig. 1, not shown, known per se, also Linear amplifiers connected in series with the switching stage amplifiers Output signalsu V that of tensionu G  be added so that finally the desired harmonic-free voltage d 2nd created becomes.

Die Verstärkerstufen können wahlweise als Schaltverstärker, Linearverstärker oder als Großsignalverstärker betrieben werden. Dabei ergibt sich beispielsweise für die Verstärkerstufe 61, die stellvertretend für die übrigen Stufen genannt sei:
u 1 = 0, wenn alle vier Stromrichterventile 611-614 sperren u 1≦λτ0, wenn die Stromrichterventile 611, 612 leiten und 613, 614 sperren u 1≦ωτ0, wenn die Stromrichterventile 613, 614 leiten und 611, 612 sperren.The amplifier stages can be operated either as switching amplifiers, linear amplifiers or as large signal amplifiers. This results, for example, for amplifier stage 61 , which is representative of the other stages:
u 1 = 0 if all four converter valves 611-614 block u 1 ≦ λτ0 if the converter valves 611, 612 conduct and 613, 614 block u 1 ≦ ωτ0 if the converter valves 613, 614 conduct and 611, 612 block.

Es gelten dabei folgende Randbedingungen:
u 1(t) = 0, +û 1, -û 1 für den Schaltverstärkerbetrieb
-û 1≦ωτu 1(t)≦ωτû 1 für den Linearverstärkerbetrieb
-û 1 u 1(t)u 1 für den Großsignalverstärkerbetrieb.The following boundary conditions apply:
u 1 (t) = 0, + û 1 , - û 1 for switching amplifier operation
- û 1 ≦ ωτ u 1 ( t ) ≦ ωτ û 1 for linear amplifier operation
- û 1 u 1 ( t ) u 1 for large signal amplifier operation.

Die Dioden 615-618 leiten den Ausgangsstrom i 1 der Verstärkerstufe 61 in den Zeiten ab, in denen die Spannung u 1 und der Strom i 1 unterschiedliche Vorzeichen haben, und zwar die Dioden 615, 616 für den Fall u 1≦λτ0, i 1≦ωτ0 und die Dioden 617, 618 für den Fall u 1≦ωτ0, i 1≦λτ0.The diodes 615-618 derive the output current i 1 from the amplifier stage 61 at times when the voltage u 1 and the current i 1 have different signs, namely the diodes 615, 616 for the case u 1 ≦ λτ0, i 1 ≦ ωτ0 and the diodes 617, 618 for the case u 1 ≦ ωτ0, i 1 ≦ λτ0.

Fig. 2 zeigt den Leistungsteil einer weiteren Ausführungsform 2 B entsprechend dem Schaltstufenverstärker 2 A der Fig. 1. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, daß zum einen die Sekundärwicklungen 41, 42 . . . 47 des Schaltstufenverstärkers 2 A nach der Fig. 1 durch eine gemeinsame Wicklung 40 im Schaltstufenverstärker 2 B zusammengefaßt worden sind und daß zum anderen im Schaltstufenverstärker 2 B die Eingänge der Verstärkerstufen parallel an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle 70 angeschlossen sind. Der Ausgangsspannungsbereich ist in diesem Falle mit -û u 1, u 2 . . . u 7 û für alle Stufen gleich. Fig. 2 shows the performance of part of another embodiment B 2 according to the shift-stage amplifier 2A of Fig. 1. The difference between the two embodiments is that, firstly, the secondary windings 41, 42. . . 47 of the switching stage amplifier 2 A have been grouped together by a common coil 40 in the switching stage amplifier 2 B of FIG. 1 and that for the other 2 B inputs of the amplifier stages are connected in parallel to a common DC voltage source 70 in the switching stage amplifier. The output voltage range in this case is - û u 1 , u 2 . . . u 7 û the same for all levels.

Fig. 3 zeigt den Leistungsteil einer weiteren Ausgestaltungsform 2 C entsprechend dem Schaltstufenverstärker 2 A der Fig. 1. Der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen besteht darin, daß die Versorgungsgleichspannungsquellen 71, 72, 73 der Verstärkerstufen 61, 62, 63 im Schaltstufenverstärker 2 C binär gewichtet sind und damit auch die maximalen Ausgangsspannungen û 1, û 2, û 3 der Verstärkerstufen. Fig. 3 shows the performance of part of a further embodiment 2 C according to the shift-stage amplifier 2A of Fig. 1. The difference between these two embodiments is that the DC supply voltage sources 71, 72, 73 of amplifier stages 61, 62, 63 in the switching stage amplifier 2 C binary are weighted and thus also the maximum output voltages û 1 , û 2 , û 3 of the amplifier stages.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung für einen gleichspannungsseitig mit dem (nicht gezeigten) Stromrichter 1 in Reihe geschalteten als Aktivfilter wirkenden Schaltstufenverstärker 2 D gezeigt. Bei diesem sind die einzelnen Schaltstufen 61, 62 . . . 67 ausgangsseitig direkt in Reihe in den Gleichstromkreis des Stromrichters 1 gelegt. Die Ausgänge der einzelnen Schaltstufen 61, 62 . . . 67, die hier aus einer Gleichspannungsquelle 71, 72 . . . 77 mit nachgeschaltetem Schaltelement 619, 629 . . . 679 aufgebaut sind, werden dabei für den Fall, daß das jeweilige Schaltelement nicht eingeschaltet ist, durch Dioden 91, 92 . . . 97 überbrückt.In Fig. 4 a circuit arrangement is connected in series to a DC voltage side (not shown) to the power converter 1 as an active filter acting switching stage amplifier shown D 2. In this case, the individual switching stages 61, 62. . . 67 on the output side directly in series in the DC circuit of converter 1 . The outputs of the individual switching stages 61, 62. . . 67 , which here comes from a DC voltage source 71, 72. . . 77 with downstream switching element 619, 629. . . 679 are constructed by diodes 91, 92 in the event that the respective switching element is not switched on . . . 97 bridges.

Weiterhin können z. B. die Ausführungsformen 2 A und 2 C bzw. 2 B und 2 C der erfindungsgemäßen Schaltstufenverstärker miteinander kombiniert werden, wobei die Versorgungsspannungen der Stufen im Schaltstufenverstärker 2 C sinnvollerweise U/2, U/4, U/8 . . . betragen (U ist die gemeinsame Versorgungsspannung der Stufen im Schaltstufenverstärker 2 B).Furthermore, for. B. the embodiments 2 A and 2 C or 2 B and 2 C of the switching stage amplifier according to the invention can be combined with one another, the supply voltages of the stages in the switching stage amplifier 2 C meaningfully U / 2, U / 4, U / 8. . . amount ( U is the common supply voltage of the stages in the switching stage amplifier 2 B ).

Allgemein kann zur Verbesserung der Regelgenauigkeit a) die Stufe mit der kleinsten Ausgangsspannung als Linear- oder Großsignalverstärker oder b) jede Stufe als Großsignalverstärker betrieben werden.In general, the level can be improved with a) to improve the control accuracy the smallest output voltage as a linear or large signal amplifier or b) each stage can be operated as a large signal amplifier.

Statt der Linearverstärkerstufe kann mit gleicher Wirkung auch ein Chopper eingesetzt werden.Instead of the linear amplifier stage, a chopper can also have the same effect be used.

Claims (15)

1. Schaltungsanordnung zur Erstellung einer variabel einstellbaren, oberschwingungsfreien Gleichspannung aus einer Wechselspannung durch einen gesteuerten Stromrichter und einen diesem nachgeschalteten Filter, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter als gleichspannungsseitig dem Stromrichter (1) in Serie geschalteter Aktivfilter ausgebildet ist, der aus mindestens einem Schaltstufenverstärker (2 A, 2 B, 2 C, 2 D) mit mehreren unabhängig voneinander ansteuerbaren Schaltstufen (61 . . . 67) und/oder einer oder mehreren Linearverstärkerstufen besteht.1.Circuit arrangement for creating a variably adjustable, harmonic-free DC voltage from an AC voltage by a controlled converter and a filter connected downstream thereof, characterized in that the filter is designed as an active filter connected in series to the converter ( 1 ) on the DC voltage side, which consists of at least one switching stage amplifier ( 2 A , 2 B , 2 C , 2 D ) with several independently controllable switching stages ( 61 ... 67 ) and / or one or more linear amplifier stages. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (61 . . . 67) über einen induktiven Übertrager (41, 51; 42, 52 . . . 47, 57) mit dem Stromrichter (1) in Serie geschaltet sind.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the switching stages ( 61 ... 67 ) via an inductive transformer ( 41, 51; 42, 52 ... 47, 57 ) with the converter ( 1 ) are connected in series. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertrager stromrichterseitig eine gemeinsame Wicklung (40) aufweisen. 3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the transformers on the converter side have a common winding ( 40 ). 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (61 . . . 67) der Schaltstufenverstärker (2 A, 2 B, 2 C, 2 D) ausgangsseitig direkt miteinander in Reihe geschaltet und jeweils mit einer in Stromflußrichtung gepolten Diode (91 . . . 97) überbrücktsind. 4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the switching stages ( 61 ... 67 ) of the switching stage amplifier ( 2 A , 2 B , 2 C , 2 D ) are connected directly in series with one another on the output side and in each case with a diode polarized in the direction of current flow ( 91 ... 97 ) are bridged. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Schaltstufenverstärker (2 A, 2 B, 2 C, 2 D) bipolar ausgebildet sind und eine quantisiert oder analog verlaufende Kurvenform aufweisen.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output signals of the switching stage amplifier ( 2 A , 2 B , 2 C , 2 D ) are bipolar and have a quantized or analog curve shape. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Schaltstufenverstärker (2 A, 2 B, 2 C, 2 D) unipolar mit gleichem oder mit entgegengesetztem Vorzeichen zu den Ausgangssignalen oder analog verlaufende Kurvenform aufweisen.6. Circuit arrangement according to one of claims 1 or 4, characterized in that the output signals of the switching stage amplifier ( 2 A , 2 B , 2 C , 2 D ) have a unipolar curve with the same or opposite sign to the output signals or analog. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (61 . . . 67) insgesamt als Schaltverstärker oder insgesamt als Großsignalverstärker in Betrieb sind.7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switching stages ( 61 ... 67 ) are in operation as a switching amplifier or as a large signal amplifier. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Schaltstufen (61 . . . 67) als Schaltverstärker und der restliche Teil als Linear- oder Großsignalverstärker in Betrieb ist.8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a part of the switching stages ( 61 ... 67 ) as a switching amplifier and the rest as a linear or large signal amplifier is in operation. 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (61 . . . 67) eines Schaltstufenverstärkers (2 A, 2 B, 2 C, 2 D) unabhängig voneinander ein-, aus- und in ihrer Ausgangspolarität umschaltbar sind. 9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the switching stages ( 61 ... 67 ) of a switching stage amplifier ( 2 A , 2 B , 2 C , 2 D ) independently of one another on, off and in their output polarity are switchable. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaltstufen (61 . . . 67) in ihrer Versorgungsspannung gleich oder binär gewichtet sind.10. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the individual switching stages ( 61 ... 67 ) are equal or binary weighted in their supply voltage. 11. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Schaltstufen (61 . . . 67) in ihrer Versorgungsspannung gleich und die übrigen Schaltstufen (61 . . . 67) binär gewichtet sind. 11. Circuit arrangement according to claims 1 to 10, characterized in that the majority of the switching stages ( 61 ... 67 ) are equal in their supply voltage and the other switching stages ( 61 ... 67 ) are weighted in binary. 12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (61 . . . 67) mit gleichgewichteter Versorgungsspannung an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.12. Circuit arrangement according to one of claims 10 or 11, characterized in that the switching stages ( 61 ... 67 ) are connected to a common DC voltage source with an equally weighted supply voltage. 13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5, 7 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaltstufen (61 . . . 67) eines Schaltstufenverstärkers (2 A, 2 B, 2 C, 2 D) miteinander in Reihe und über einen gemeinsamen induktiven Übertrager in den Gleichstromkreis des Stromrichters (1) geschaltet sind.13. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, 5, 7 to 12, characterized in that the individual switching stages ( 61 ... 67 ) of a switching stage amplifier ( 2 A , 2 B , 2 C , 2 D ) with each other in series and over a common inductive transformer in the DC circuit of the converter ( 1 ) are connected. 14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivfilter rückspeisefähig ist.14. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized, that the active filter is regenerative. 15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearverstärkerstufen durch Chopper ersetzt werden.15. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized, that the linear amplifier stages are replaced by choppers.
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