DE3631138A1 - Spannungsquelle mit gleichspannungsumformer - Google Patents

Spannungsquelle mit gleichspannungsumformer

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Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer für hohe elektrische Leistungen ausgelegten Spannungsquelle zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsspannung.
Es sind verschiedene Spannungsquellen mit Gleichspannungswandlern bekannt, bei denen eine Eingangsgleichspannung in gesteuerter Weise ein- und ausgeschaltet wird, so daß man an einem Leistungstransformator die gewünschte konstante Ausgangsspannung erhält. Ein Beispiel einer derartigen getakteten oder umschaltenden Spannungsquelle wird in den japanischen Patentanmeldungen 2 15 854/1984 und 2 11 841/1984 beschrieben. In einer solchen Spannungsquelle ist ein sättigbarer Drosseltransformator vorgesehen, und die Impedanz eines Serienresonanzkreisen auf der Primärseite des Leistungstransformators wird in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Leistungstransformators derart verändert, daß der Erregerstrom geregelt und die Ausgangsspannung stabilisiert wird.
Zur Erläuterung dieses Standes der Technik soll bereits hier auf Fig. 12 und 13 der Zeichnung Bezug genommen werden.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Spannungsquelle, bei der die Eingangsgleichspannung beispielsweise durch Gleichrichten und Glätten der Ausgangsspannung einer handelsüblichen Wechselspannungsquelle 101 mit Hilfe eines Vollwellengleichrichters 102 in Form einer Diodenbrücke und mit Hilfe eines Glättungskondensators 103 erzeugt wird. Die Eingangsgleichspannung gelangt über einen Transistor Q 1 und eine Primärwicklung N A eines Wandler-Treibertransformators 111 an einen Serienresonanzkreis, der einen Kondensator 112, eine gesteuerte Wicklung N R eines sättigbaren Drosseltransformators 113 zur Leistungsregelung und eine Primärwicklung N 1 eines Leistungs- Trenntransformators 114 enthält. Der Strom der Eingangs- Gleichspannungsquelle wird mit Hilfe einer selbsterregenden oszillierenden Treiberschaltung 115 ein- und ausgeschaltet. Die Treiberschaltung 115 enthält erste und zweite Schalttransistoren Q 1 und Q 2. Die Basis des ersten Schalttransistors Q 1 ist an einen Serienresonanzkreis angeschlossen, der durch eine Sekundärwicklung N B1 des Wandler-Treibertransformators 111 und einen Kondensator C B1 gebildet wird. Die Basis des zweiten Schalttransistors Q 2 ist an einen Serienresonanzkreis angeschlossen, der durch eine weitere Sekundärwicklung N B2 des Treibertransformators 111 und einen Kondensator C B2 gebildet wird.
Der sättigbare Drosseltransformator 113 weist eine gesteuerte Wicklung N R und eine Steuerwicklung N C auf. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist die gesteuerte Wicklung N R so gewickelt, daß sie zwei benachbarte Schenkel 113 a und 113 b eines Magnetkerns 113 e umschließt, der insgesamt vier Schenkel 113 a bis 113 d aufweist. Die Steuerwicklung N C ist so gewickelt, daß sie beispielsweise die Schenkel 113 b und 113 c umgibt ist derart ausgerichtet, daß ihre große Achse (in der Wicklungsebene) rechtwinklig zu der großen Achse der Wicklung N R verläuft. Durch einen der Steuerwicklung N C zugeführten Steuerstrom wird der magnetische Fluß in dem sättigbaren Drosseltransformator 113 und damit die Induktivität der gesteuerten Wicklung N R gesteuert.
Ein Parallelresonanz-Kondensator C S und eine Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 116 sind an die Sekundärwicklung N 2 des Leistungs-Trenntransformators 114 angeschlossen. Die Ausgangsgleichspannung der Schaltung 116 wird durch eine Steuerschaltung 117 in den Steuerstrom umgewandelt, der der Steuerwicklung N C des Drosseltransformators 113 zugeführt wird. Somit ändert sich die Induktivität des Drosseltransformators 113 in Abhängigkeit von Schwankungen der Ausgleichsspannung. Hierdurch wird die Impedanz des Serienresonanzkreises im Primärkreis des Leistungstransformators 114 und damit der Erregerstrom derart verändert, daß die Ausgangsgleichspannung auf einen konstanten Wert eingeregelt wird.
Ein Nachteil der oben beschriebenen Spannungsquelle besteht darin, daß es die Wärmeabgabe des Drosseltransformators 113 erforderlich macht, eine wärmeabstrahlende Platte 113 f mit Hilfe eines U-förmigen Bügels 113 g an dem Magnetkern 113 e des Transformators zu befestigen und gegen das Abschirmgehäuse der Spannungsquelle zu spannen, damit eine ausreichende Wärmeabstrahlung gewährleistet ist. Darüber hinaus verursacht der Drosseltransformator 113 hohe magnetische Streuverluste. Die Wechselspannungs- Gleichspannungsumwandlung arbeitet in dieser Spannungsquelle mit einem Wirkungsgrad von maximal 83 bis 85%. Es ist jedoch wünschenswert, einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, insbesondere wenn die Ausgangsleistung mehr als etwa 100 Watt betragen soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsquelle der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Streuverluste und die Verlustwärme verringert werden und daß unter dem Gesichtspunkt der Wärmeabfuhr eine vereinfachte Konstruktion des Abschirmgehäuses und eine Verringerung der Abmessungen und des Gewichts des Drosseltransformators ermöglicht werden.
Die Gesamtverluste des Drosseltransformators sollen minimiert werden, und bei der Leistungsumwandlung soll ein Wirkungsgrad von annähernd 90° erreicht werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Regelbereich zu vergrößern, innerhalb dessen Schwankungen der Last und der Eingangsspannung oder des Eingangsstromes ausgeglichen werden können.
Lösungen dieser Aufgabe sind im einzelnen in den Patentansprüchen 1, 8 und 10 angegeben.
Erfindungsgemäß wird durch die Regelung der Induktivität des sättigbaren Drosseltransformators die Schaltfrequenz der Treiberschaltung verändert, die das Umschalten des Eingangsgleichstromes steuert.
Hierdurch ist es möglich, die Oszillationsfrequenz im Primärkreis des Leistungstransformators entsprechend Schwankungen der Eingangsspannung oder der Last zu regeln. Dadurch können die Abmessungen und das Gewicht des Drosseltransformators verringert werden, und Wärme- und Streuverluste des Drosseltransformators werden durch den Betrieb bei niedriger Amplitude beträchtlich vermindert.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 11 der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltskizze eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines sättigbaren Drosseltransformators;
Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Spannungsquelle;
Fig. 4 Strom/Spannungs-Kennlinien des sättigbaren Drosseltransformators;
Fig. 5 Steuerkennlinien zur Aussteuerung von Schwankungen des Laststromes;
Fig. 6 Kennlinien der Eingangsfrequenz in Abhängigkeit vom Laststrom;
Fig. 7 ein Ersatzschaltbild eines Gleichspannungswandlers der Spannungsquelle;
Fig. 8 ein Ersatzschaltbild der Gleichspannungsquelle;
Fig. 9 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Änderung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Oszillationsfrequenz des Wandlers;
Fig. 10 eine Schaltskizze eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 11 eine Schaltskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 12 eine Schaltskizze eines Beispiels einer herkömmlichen Spannungsquelle mit Gleichspannungswandler; und
Fig. 13 eine schematische perspektivische Ansicht eines herkömmlichen sättigbaren Drosseltransformators.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Eingangsgleichspannung der Spannungsquelle wird erzeugt durch Gleichrichten und Glätten der Wechselspannung einer handelsüblichen Wechselspannungsquelle 1 mit Hilfe eines durch eine Diodenbrücke gebildeten Vollwellengleichrichters 2 und eines Glättungskondensators 3. Ein Ein/Aus-Schalter 4 der Spannungsquelle und ein Widerstand 5 zur Begrenzung des Eingangsstromes sind in Serie zwischen die Wechselspannungsquelle 1 und den Vollwellengleichrichter 2 geschaltet.
Die Eingangsgleichspannung gelangt über einen Transistor Q 1 und eine Primärwicklung N A eines sättigbaren Drosseltransformators 21 an einen Serienresonanzkreis, der durch einen Kondensator 22 und eine Primärwicklung N 1 eines Leistungstransformators 23 gebildet wird. Der Drosseltransformator 21 besitzt eine Primärwicklung N A sowie zwei Sekundärwicklungen N B1 und N B2 und eine Steuerwicklung N C . Gemäß Fig. 2 sind die Primärwicklung N A und die beiden Sekundärwicklungen N B1 und N B2 so gewickelt, daß sie zwei benachbarte Schenkel 21 a und 21 b eines Magnetkerns 21 e umschließen, der insgesamt vier Schenkel 21 a, 21 b, 21 c und 21 d aufweist. Die Steuerwicklung N C ist derart gewickelt, daß sie die Schenkel 21 b und 21 c des Magnetkerns umschließt, wobei die Ebene der Schenkel 21 b und 21 c rechtwinklig zur Ebene der Schenkel 21 a, 21 b und somit zur Längsrichtung der Wicklungen N A , N B1 und N B2 liegt.
Eine oszillierende Treiberschaltung 24 ist in der in Fig. 1 gezeigten Weise an die Sekundärwicklungen N B1 und N B2 des Drosseltransformators 21 angeschlossen und dient dazu, den Eingangsgleichstrom in kontrollierter Weise ein- und auszuschalten. Die Treiberschaltung 24 umfaßt eine Serienschaltung, die den Transistor Q 1 und einen zweiten Transistor Q 2 enthält. Eine Diode D B1 ist zwischen Emitter und Basis des Transistors Q 1 geschaltet. Der Kollektor des Transistors Q 2 ist mit dem Emitter des Transistors Q 1 verbunden, während der Emitter des Transistors Q 2 an Masse liegt oder geerdet ist. Die Basis des Transistors Q 2 ist mit einer Diode D B2 verbunden, deren andere Elektrode ebenfalls geerdet ist. Der Transistor Q 1 ist zwischen die Eingangsklemme für die Eingangsgleichspannung E i und die Primärwicklung N A des Drosseltransformators 21 geschaltet, während der Transistor Q 2 zwischen die Primärwicklung N A des Drosseltransformators 21 und Erde geschaltet ist. Ein Serienresonanzkreis, der durch eine der Sekundärwicklungen N B1 des Drosseltransformators 21 und einen Kondensator C B1 gebildet wird, ist zwischen Emitter und Basis des Transistors Q 1 geschaltet. Ein weiterer Serienresonanzkreis, der durch die Sekundärwicklung N B2 des Drosseltransformators 21 und einen Kondensator C B2 gebildet wird, ist zwischen Emitter und Basis des Transistors Q 2 geschaltet. Zwei Startwiderstände R S1 und R S2 sind jeweils zwischen den Gleichspannungseingang und die Basis des Schalttransistors Q 1 bzw. Q 2 geschaltet. An die Sekundärwicklung N 2 des Leistungstransformators 23 sind ein parallel geschalteter Resonanzkondensator C S und eine gleichrichtende Glättungsschaltung 25 angeschlossen. Die Ausgangsgleichspannung der Glättungsschaltung 25 wird durch eine Steuerschaltung 26 in einen Steuerstrom umgewandelt, der der Steuerwicklung N C des sättigbaren Drosseltransformators 21 zugeführt wird.
Die oben beschriebene sogenannte magnetflußgeregelte Gleichspannungsquelle arbeitet wie folgt. Wenn der Ein/Aus-Schalter 4 geschlossen wird, wird der Oszillatorschaltung 24 die von der Eingangsgleichspannungsquelle erzeugte Spannung E i zugeführt, so daß über die Startwiderstände R S1 und R S2 Strom zu den Basen der Schalttransistoren Q 1 und Q 2 fließt. Auf diese Weise werden die Transistoren Q 1 und Q 2 angesteuert, so daß sie den Schaltbetrieb aufnehmen. Während des laufenden Betriebs wird der Schalttransistor Q 1 über den Serienresonanzkreis, der durch den Kondensator C B1 und die Induktivität der Sekundärwicklung N B1 des Drosseltransformators 21 gebildet wird, durch den in der Sekundärwicklung N B1 fließenden sinusförmigen Wechselstrom angesteuert. Wenn dieser Strom auf 0 abfällt, wird der Schalttransistor Q 2 über den durch die Induktivität der Sekundärwicklung N B2 des Drosseltransformators 21 und den Kondensator C B2 gebildeten Serienresonanzkreis durch den sinusförmigen Wechselstrom der Sekundärwicklung N B2 aufgesteuert. Die oben beschriebenen Schaltvorgänge werden abwechselnd wiederholt.
Die Steuerwicklung N C des Drosseltransformators 21 nimmt den Ausgangsstrom der Steuerschaltung 26 auf. Bei diesem Ausgangsstrom handelt es sich um einen Gleichstrom, der durch Abtastung der Ausgangsspannung des Leistungstransformators 26 gewonnen wurde. Der durch die Steuerwicklung N C des Drosseltransformators 21 fließende Steuerstrom steuert die Induktivität der Sekundärwicklungen N B1 und N B2, die ihrerseits die Oszillationsfrequenz der Oszillatorschaltung oder Treiberschaltung 24 derart beeinflußt, daß die Ausgangsgleichspannung des Leistungstransformators 23 selbst im Fall von Schwankungen der Belastung oder der Eingangsgleichspannung E i konstant gehalten wird.
Die Kollektorspannung des Transistors Q 1 hat den in Fig. 3A gezeigten Verlauf, während sich die Kollektorspannung des Transistors Q 2 gemäß Fig. 3B ändert. Die sinusförmigen Wechselströme in den Sekundärwicklungen N B2 und N B2 sind in Fig. 3C und 3D dargestellt. Die Fig. 3E und 3F zeigen die Kollektorströme der Schalttransistoren Q 1 und Q 2. Der in der Primärwicklung N 1 des Leistungstransformators 23 fließende Strom ist in Fig. 3G dargestellt. Infolge der Serienresonanz zwischen dem Kapazitätswert C 1 des Kondensators 22 und der Induktivität L 1 der Primärwicklung N 1 des Leistungstransformators 23 hat der Strom in der Primärwicklung N 1 einen sinusförmigen Verlauf, wie in Fig. 3G zu erkennen ist. Aufgrund dieser Serienresonanz fließt ein Resonanzstrom in der Primärwicklung N A des Drosseltransformators 21. Die durch diesen Strom induzierte Spannung erzeugt Serienresonanzen der Induktivitäten L B1 und L B2 der Sekundärwicklungen N B1, N B2 und der Kapazitäten der Kondensatoren C B1 und C B2, so daß die in Fig. 3C und 3D gezeigten sinusförmigen Ströme als Basisströme an die jeweiligen Schalttransistoren Q 1 und Q 2 gelangen. Unter der Annahme, daß L B1 = L B2 und C B1 = C B2, gilt für die Schaltfrequenz f bei diesem Ausführungsbeispiel;
Wenn der Luftspalt des Kerns des Drosseltransformators 21 mit dem in Fig. 2 gezeigten orthogonalen Aufbau nur in einem Schenkel vorgesehen ist, wird die Beziehung zwischen den in den Sekundärwicklungen N B1 und N B2 des Drosseltransformators 21 fließenden Strömen I B1 bzw. I B2 und den Induktivitäten L B1 und L B2 durch den in der Steuerwicklung N C fließenden Steuergleichstrom I NC in der in Fig. 4 gezeigten Weise verändert. Wenn daher die Steuerschaltung 26 derart ausgelegt ist, daß sich der Steuergleichstrom I NC in der in Fig. 5 gezeigten Weise entsprechend dem Laststrom I L im Sekundärkreis des Leistungstransformators 23 oder entsprechend Schwankungen der durch Gleichrichtung und Glättung der Spannung der Wechselspannungsquelle 1 erhaltenen Eingangsgleichspannung E i ändert, so wird die Oszillationsfrequenz f der Treiberschaltung 24 entsprechend den Änderungen des Lasttromes I L oder entsprechend den Schwankungen der Eingangsgleichspannung E i gesteuert, wie in Fig. 6 gezeigt ist.
Fig. 7 zeigt ein Ersatzschaltbild, bei dem die Schalttransistoren Q 1 und Q 2 der Treiberschaltung durch Schalter T 1 und T 2 ersetzt sind. Da die Umschaltanordnung auf der Primärseite des Leistungstransformators 23 als ein Wandler betrachtet werden kann, der in der Primärwicklung N 1 den sinusförmigen Wechselstrom mit der Oszillationsfrequenz f hervorruft, kann diese Umschaltanordnung durch eine Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle ersetzt werden, so daß sich das in Fig. 8 gezeigte Ersatzschaltbild ergibt. Fig. 7 und 8 repräsentieren L 1 und L 2 die Induktivitäten der Primär- und Sekundärwicklungen N 1 und N 2 des Trenntransformators 23, und M repräsentiert die Gegeninduktivität zwischen diesen Wicklungen. R L steht für des Lastwiderstand auf der Sekundärseite des Trenntransformators 23. In dem Ersatzschaltbild nach Fig. 8 ist der Effektivwert E 0 der von der Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle erhaltenen Ausgangswechselspannung E AC gegen durch
Der maximale Effektivwert E 0MAX wird erhalten, wenn die Parallelresonanzfrequenz f 0 gleich der Schaltfrequenz f ist. Die Parallelresonanzfrequenz f 0 ist gegen durch so daß der maximale Effektivwert E 0MAX gegen ist durch wobei K und K′ Konstanten sind und k = M/. Die Wirkungsweise der Frequenzsteuerung gemäß Fig. 6, durch die unabhängig von Änderungen des Lastwiderstands R L und der Eingangsgleichspannung E i eine konstante Ausgangsspannung aufrechterhalten wird, wird daher durch diese Gleichung korrekt ausgedrückt. Damit gemäß Fig. 9 die maximale Ausgangsleistung erreicht wird, wird die Schaltfrequenz f so gewählt, daß sie mit der Parallelresonanzfrequenz übereinstimmt. Im Fall geringer Last oder hoher Eingangsspannungs wird die Frequenz um den Betrag Δ f geändert, um die Ausgangsgleichspannung auf einen konstanten Wert einzuregeln.
Wenn die sekundärseitig an den Leistungstransformator 23 angeschlossene Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 25 eine erste Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 25 a zur Erzeugung einer Ausgangsgleichspannung von 140 V und eine zweite Gleichrichtungs- und Glättungsspannung 25 b zur Erzeugung einer Ausgangsgleichspannung von 15 V enthält, so arbeitet die erfindungsgemäße Spannungswelle, die eine elektrische Ausgangsleistung von 155 Watt entsprechend der Summe der Ausgangsleistung von 140 Watt der ersten Schaltung 25 a und der Ausgangsleistung von 15 Watt der zweiten Schaltung 25 b liefert, unter Bedingungen, bei denen die Spannung der Eingangs-Wechselspannungsquelle 1 im Bereich von 90 bis 144 V schwankt.
Wenn derartige Bedingungen bei der in Fig. 12 gezeigten herkömmlichen Spannungsquelle erfüllt werden sollen, wird die Schaltfrequenz f auf 50 kHz eingestellt, da die Kernverluste des Drosseltransformators 113 bei höheren Frequenzen als 50 kHz zunehmen und die Frequenz f auf einen Bereich von 40 bis 50 kHz eingestellt werden sollten. Wenn als Magnetkern des Wandler-Treibertransformators 111 Ferritkerne des Typs U-16 oder FE-2 verwendet werden, so ist es erforderlich, daß als Magnetkern 113 e des Drosseltransformators 113 ein orthogonaler Kern mit einer Größe von 8 mm × 8 mm im Querschnitt verwendet wird. Ferner muß als gesteuerte Wicklung N R eine Wicklung mit 35 Windungen in Form eines Bündels aus dreiundvierzig feinen Kerndrähten mit jeweils 0,1 mm Durchmesser eingesetzt werden. An dem Magnetkern 113 e muß mit Hilfe des in Fig. 13 gezeigten U-förmigen Bügels 113 g eine wärmeabstrahlende Platte 113 f befestigt werden, die an ein Abschirmungsgehäuse des Spannungsversorgungsblockes angeklemmt wird, damit die durch die Kernverluste erzeugte Wärme abgestrahlt wird. Versuche haben ergeben, daß, wenn die herkömmliche Spannungsquelle entsprechend diesen Bedingungen aufgebaut ist, bei der Wechselspannung/Gleichspannungs- Umformung für eine Wechselspannung von 100 V ein Wirkungsgrad von 83% erreicht wird.
Demgegenüber wird bei der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Spannungsquelle der sättigbare Drosseltransformator 21 zur Steuerung der Oszillationsfrequenz der Treiberschaltung 24 eingesetzt, und aufgrund des Betriebs bei kleiner Amplitude ergeben sich im Hochfrequenzbereich nur geringe Kernverluste. Daher kann selbst unter den obengenannten Bedingungen die Frequenz f auf einen Wert im Bereich von 100 bis 150 kHz eingestellt werden. In diesem Fall kann für den Drosseltransformator 21 ein Kern aus dem Material FE-3 verwendet werden, der nur einen Querschnitt von 6 mm × 6 mm aufweist, und für jede der Wicklungen N A , N B1 und N B2 kann eine Wicklung mit sieben Windungen bestehend aus einem Bündel aus siebzehn feinen Kerndrähten mit jeweils 0,1 mm verwendet werden. Somit kann die Größe und das Gewicht des Drosseltransformators 21 verringert werden, während durch natürliche Kühlwirkung eine ausreichende und zuverlässige Wärmeabstrahlung gewährleistet wird. Versuche haben ergeben, daß der Wirkungsgrad bei der Wechselspannung/Gleichspannungs-Umwandlung für eine Wechselspannung von 100 V mit der erfindungsgemäßen Spannungsquelle auf 90% erhöht werden kann.
Fig. 10 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf der Sekundärseite des Leistungstransformators 23 zwei Sekundärwicklungen N 2A und N 2B vorgesehen sind. Eine erste Doppelspannungs-Vollwellengleichrichtungs- und Glättungsschaltung 25 aa ist an die Sekundärwicklungen N 2A und N 2B angeschlossen, und eine zweite Doppelspannungs-Vollwellengleichrichtungs- und Glättungsschaltung 25 bb ist an die Sekundärwicklung N 2B angeschlossen. Abgesehen von dieser Besonderheit ist die Anordnung bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Anordnung in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel identisch.
Da bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 die Windungszahl jeder der Sekundärwicklungen N 2A und N 2B die Hälfte der Windungszahlen der Sekundärwicklung N 2 in Fig. 1 beträgt, kann die Größe des Leistungstransformators 23 verringert werden. Darüber hinaus werden an den Ausgangsklemmen der Schaltungen 25 aa und 25 bb vier verschiedene Ausgangsspannungen, beispielsweise 140 V, 70 V, 15 V und 7,5 V erhalten.
Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen als Oszillator- oder Treiberschaltung 24 eine Gegentaktschaltung mit zwei Schalttransistoren Q 1 und Q 2 verwendet wird, kann auch eine oszillierende Treiberschaltung 24 S vorgesehen werden, die nur einen einzigen Schalttransistor Q aufweist, sofern für die angeschlossene Last nur eine relativ geringe Leistung erforderlich ist. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 11 dargestellt.
In Fig. 11 weist der sättigbare Drosseltransformator 21 S eine Primärwicklung N A , eine Sekundärwicklung N B und eine Steuerwicklung N C auf. Ein durch die Sekundärwicklung N B und einen Kondensator C B der Treiberschaltung 24 S gebildeter Serienresonanzkreis ist an die Basis des Schalttransistors Q angeschlossen. Zwischen den Emitter und die Basis des Schalttransistors Q ist eine Diode D B geschaltet. Ein Startwiderstand R S ist zwischen die Basis des Schalttransistors Q und den Gleichspannungseingang geschaltet. An die Sekundärseite des Leistungstransformators 23 ist eine Halbwellen-Gleichrichtungs- und -glättungsschaltung angeschlossen. Die übrigen Schaltelemente der in Fig. 11 gezeigten Schaltung entsprechen dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Bei der erfindungsgemäßen Spannungsquelle mit getaktetem oder umschaltendem Gleichspannungswandler wird der sättigbare Drosseltransformator zur Steuerung der Schaltfrequenz der oszillierenden Treiberschaltung verwendet, die zum Umschalten des Primärstromes dient. Hierdurch wird ein Betrieb mit hoher Frequenz bei kleiner Amplitude ermöglicht, eine Verringerung der Abmessungen und des Gewichts des Drosseltransformators erreicht und Kernverluste verringert. Darüber hinaus ergibt sich ein vergrößerter Regelbereich, so daß der Aufbau eines kostengünstigen hochstabilisierten Leistungsumformers ermöglicht wird. Da der Drosseltransformator mit geringer Stromstärke betrieben wird, wird die magnetische Streuung des Drosseltransformators verringert und die Konstruktion des Abschirmungsgehäuses des Spannungsversorgungsblockes vereinfacht. Während das Gehäuse der herkömmlichen Spannungsversorgung aus Aluminium mit einer Stärke von 2 mm besteht, ermöglicht die Erfindung die Verwendung eines Gehäuses aus Eisenplatten mit einer Stärke von 1 mm. Darüber hinaus kann das Brummen des Transformators beseitigt werden, da der Drosseltransformator nicht mit dem Abschirmungsgehäuse verbunden werden muß.

Claims (10)

1. Spannungsquelle mit
- einem LC-Schwingkreis (N 1, C 1), der eine an eine Eingangsgleichspannungs (E i ) angeschlossene Primärwicklung (N 1) eines Leistungstransformators (23) enthält,
- einer oszillierenden Treiberschaltung (24) mit Schaltmitteln (Q 1, Q 2) zum Ein-, Aus- oder Umschalten des Stromes in dem Schwingkreis, und
- einer die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Leistungstransformators (23) abtastenden Steuerschaltung (26) zur Steuerung der Induktivität eines sättigbaren Drosseltransformators (21) zur Regelung der Ausgangsspannung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drosseltransformator (21) mit Steuerklemmen der Schaltmittel (Q 1, Q 2) verbunden ist und durch seine Induktivität die Oszillationsfrequenz der Treiberschaltung (24) regelt.
2. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosseltransformator (21) den Treiber-Transformator für die Schaltmittel (Q 1, Q 2) bildet und daß die Primärwicklung (N A ) des Drosseltransformators in Serie mit dem LC-Schwingkreis geschaltet ist.
3. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises so gewählt ist, daß sie höchstens gleich der minimalen Osziallationsfrequenz der Treiberschaltung (24) ist und daß die Ausgangsspannung abnimmt, wenn sich die Oszillationsfrequenz innerhalb des Regelbereichs der Treiberschaltung erhöht.
4. Spannungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sättigbare Kern (21 e) des Drosseltransformators (21) aus gesintertem Ferrit hergestellt ist und im wesentlichen die Form eines Würfels oder Parallelepipeds aufweist und aus zwei Kernhälften besteht, die jeweils durch eine quadratische Basisplatte und vier von den Ecken der Basisplatte ausgehende magnetische Schenkel (21 a, 21 b, 21 c, 21 d) gebildet wird, die mit ihren freien Enden an den Enden der Schenkel der anderen Kernhälfte anliegen, daß die Primärwicklung (N A ) und die mit dieser in Transformatorkopplung stehende Sekundärwicklung (N B1, N B2) um einen ersten Schenkel (21 a) und einen diesem benachbarten zweiten Schenkel (21 b) des Kerns gewickelt sind, während eine Steuerwicklung (N C ), die von einem als Funktion der Ausgangsspannung gesteuerten Gleichstrom durchflossen wird, um den zweiten Schenkel (21 b) und einen dritten Schenkel (21 c) des Kerns gewickelt und orthogonal zu der Sekundärwicklung ausgerichtet ist.
5. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung zwei in Serie geschaltete und im Gegentakt geöffnete und geschlossene Schaltelemente (Q 1, Q 2) aufweist und daß der Ausgang der Treiberschaltung, an den der Schwingkreis (C 1, N 1) angeschlossen ist, durch den Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten Schaltelementen (Q 1, Q 2) gebildet wird.
6. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der LC-Schwingkreis durch eine Serienschaltung aus der Primärwicklung (N 1) des Leistungstransformators (22) und einen Kondensator (C 1) gebildet wird.
7. Spannungsquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (Q 1, Q 2) parallel zu dem Kondensator (C 1) geschaltet sind.
8. Spannungsquelle mit einer Eingangs-Gleichspannungsquelle (1, 2, 3), einer an die Eingangs-Gleichspannungsquelle angeschlossenen oszillierenden Schaltanordnung (24), einem mit dem Ausgang der Schaltanordnung (24) verbundenen Kondensator (C 1), einem Leistungstransformator (23), dessen Primärwicklung (N 1) in Serie mit dem Kondensator (C 1) geschaltet ist und einer zwischen die Sekundärwicklung (N 2) des Leistungstransformators (23) und eine Steuerwicklung (N C ) eines sättigbaren Drosseltransformators (21) geschalteten Steuerschaltung (26), dadurch gekennzeichnet, daß der Drosseltransformator (21) eine in Serie zwischen den Ausgang der Schaltanordnung (24) und den Kondensator (C 1) geschaltete erste Wicklung (N A ), zweite und dritte Wicklungen (N B1, N B2), die mit Steuereingängen der Schaltanordnung (24) verbunden sind, und die Steuerwicklung (N C ) als vierte Wicklung aufweist.
9. Spannungsquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosseltransformator (21) einen Magnetkern mit vier parallelen Schenkeln (21 a, 21 b, 21 c, 21 d) aufweist, daß die zweiten und dritten Wicklungen (N B1, N B2) um erste und zweite Schenkel (21 a, 21 b) des Kerns gewickelt sind und daß die vierte Wicklung (N C ) um den zweiten Schenkel (21 b) und einen dritten Schenkel (21 c) des Kerns gewickelt ist.
10. Spannungsquelle mit einer Eingangs-Gleichspannungsquelle (1, 2, 3), einer an die Eingangs-Gleichspannungsquelle angeschlossenen oszillierenden Schaltanordnung (24), einer sättigbaren Drossel (21) mit ersten, zweiten und dritten Wicklungen (N A , N B , N C ), von denen die erste Wicklung (N A ) mit dem Ausgang der Schaltanordnung (24) verbunden ist, einem Leistungstransformator (23), dessen Primärwicklung (N 1) in Serie mit der ersten Wicklung (N A ) der Drossel und mit einem Kondensator (22) geschaltet ist, und einer zwischen die Sekundärwicklung des Leistungstransformators (23) und die dritte Wicklung (N C ) der Drossel geschalteten Steuerschaltung (26), dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (N B ) der Drossel (21) mit der Schaltanordnung (24) verbunden ist und daß die Primärwicklung des Leistungstransformators (23) mit einem Ende an die erste Wicklung (N A ) der Drossel und mit dem anderen Ende an den Kondensator (22) angeschlossen ist, der mit der Schaltanordnung (24) verbunden ist.
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