DE3800787A1 - Gleichstrom-gleichstrom-wandler mit einem transformator - Google Patents

Gleichstrom-gleichstrom-wandler mit einem transformator

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Walter Dipl Ing Mueller
Johann Stuermer
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Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler werden für verschiedene Zwecke be­ nötigt. Beispielsweise ist es bei batteriebetriebenen Feuerzeugen not­ wendig, die relativ niedrige Gleichspannung einer Batterie in eine hohe Gleichspannung umzuformen, die ausreicht, einen Zündfunken zu erzeugen. Andere Anwendungsfälle sind die Stromversorgung einer Vakuummeßröhre oder die Ansteuerung eines Piezo-Ventils.
Die bekanntesten Anordnungen für die Umwandlung eines ersten Gleich­ stroms in einen zweiten Gleichstrom sind sogenannte Flußwandler. Bei diesen Flußwandlern wird ein Gleichstrom mittels Öffnen und Schließen von Schaltern zerhackt, transformiert und gleichgerichtet. Die hierbei verwendeten Schalter sind meistens elektronische Schalter, beispielsweise Transistoren. Innerhalb der Gruppe der Flußwandler kann man zwischen eigengetakteten und fremdgetakteten Wandlern unterscheiden. Bei den eigengetakteten Wandlern werden durch Auf- und Entladen von Kapa­ zitäten und/oder Induktivitäten bestimmte Spannungs- oder Stromverhält­ nisse geschaffen, die ein automatisches Umschalten der Schalter bewirken. Bei den fremdgetakteten Wandlern werden dagegen die Schalter von außen nach einem vorgegebenen Programm gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fremdgetakteten Wandler zu schaffen, der für die Erzeugung einer Hochspannung bei geringer Be­ lastung geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Hysteresekurve des Transformators auf beiden Seiten genutzt wird, wodurch der Wandler sehr klein ausgebildet werden kann. Werden die Schaltmittel durch Mittelfrequenzen gesteuert, so haben auch die Glättungsmittel eine kleine Bauform. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Freilaufenergie nicht auf die Primärseite abge­ leitet, sondern voll auf der Sekundärseite genutzt wird. Hierdurch ergibt sich ein guter Wirkungsgrad des Wandlers bei einer Ausgangsleistung von ca. 1 W. Außerdem weist der Wandler geringe elektromagnetische Störungen auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Wandlers;
Fig. 2 den Wandler gemäß Fig. 1 in einem ersten Schaltungszustand;
Fig. 3 den Wandler gemäß Fig. 1 in einem zweiten Schaltungszustand;
Fig. 4 den Wandler gemäß Fig. 1 in einem dritten Schaltungszustand;
Fig. 5 den Wandler gemäß Fig. 1 in einem vierten Schaltungszustand.
In der Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Gleich­ strom-Gleichstrom-Wandlers 1 dargestellt, der einen Transformator 2 mit einer Primärwicklung 3, einer Sekundärwicklung 4 und einem Eisen­ kern 5 aufweist. Die Primärwicklung 3 ist in zwei Wicklungsbereiche 6, 7 aufgeteilt, die durch eine Mittenanzapfung 8 definiert sind. An dieser Mittenanzapfung 8 liegt das positive Potential +U einer Gleichspannungs­ quelle von relativ niedriger Spannung.
Der eine Endanschluß 9 der Primärwicklung 3 ist über einen ersten Schalter 10 mit einem Potential OV verbindbar, das niedriger als das Potential +U ist. Der andere Endanschluß 11 ist über einen zweiten Schalter 12 ebenfalls mit dem Potential OV verbindbar. Parallel zu dem ersten Schalter 10 ist eine erste Diode 13 geschaltet, und zwar derart, daß ihre Kathode mit dem Endanschluß 9 und ihre Anode mit dem Potential OV verbunden ist. Zu dem zweiten Schalter 12 ist eine zweite Diode 14 parallel geschaltet, wobei die Kathode dieser Diode 14 an dem Endanschluß liegt, während ihre Anode mit dem Potential OV verbunden ist.
Die Sekundärwicklung 4 des Transformators 2 ist mit ihrem einen An­ schluß 15 an einen ersten Kondensator 16 und mit ihrem anderen An­ schluß 17 an einen zweiten Kondensator 18 angeschlossen. Beide Konden­ satoren 16, 18 sind über eine Diode 19 derart miteinander verbunden, daß die Kathode dieser Diode dem Kondensator 18 zugewendet ist, wäh­ rend ihre Anode auf den Kondensator 16 zeigt. Zwischen den beiden Kondensatoren 16, 18 liegt noch eine weitere Diode 20, deren Kathode mit der Anode der Diode 19 und deren Anode mit dem Kondensator 18 verbunden ist. Dieser Kondensator 18 liegt hierdurch zwischen der Kathode der Diode 19 und der Anode der Diode 20. An der Anode der Diode 20 wird die Hochspannung HV abgegriffen.
Die Funktionsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 wird im folgenden an­ hand der Fig. 2 bis 5 beschrieben.
Wie die Fig. 2 zeigt, wird zunächst der Schalter 10 geschlossen. In die­ sem Fall fließt ein Strom I 1 vom Potential +U über den Abschnitt 6 der Primärwicklung 3 zum Potential OV. Der Strom ist zu Beginn dieser Phase Null und steigt dann, bedingt durch die Induktivität der Primär­ wicklung 3 linear an und wird gemäß dem Flußwandlerprinzip auf die Sekundärseite des Transformators 2 transformiert.
In der Fig. 3 ist die nächste Phase des Wandlungsvorgangs dargestellt. Hierbei wird der Schalter 10 wieder geöffnet. Das Magnetfeld des Trans­ formators 2 wird durch einen Strom I 2 vom Potential OV über die Frei­ laufdiode 14 und über den Abschnitt 7 der Primärwicklung 3 zum Poten­ tial +U abgebaut. Dieser Strom I 2 verläuft gemäß dem Sperrwandler­ prinzip in derselben Richtung wie in der ersten Phase.
Die Fig. 4 zeigt die nächste Phase, bei welcher der Schalter 12 ge­ schlossen wird. Damit fließt ein Strom I 3 vom Potential +U über den Abschnitt 7 der Primärwicklung 3 zum Potential OV. Der Kern 5 des Transformators 2 wird hierbei in die entgegengesetzte Richtung magne­ tisiert.
Die darauffolgende Phase ist in der Fig. 5 dargestellt. In dieser Phase wird der Schalter 12 wieder geöffnet und das Magnetfeld durch einen Strom I 4 vom Potential OV über die Freilaufdiode 13 und den Abschnitt 6 der Primärwicklung 3 abgebaut.
Die Spannung HV, die an der Anode der Diode 20 abgegriffen wird, kann dadurch geregelt werden, daß sie beispielsweise über einen nicht dargestell­ ten Spannungsteiler erfaßt wird und der so gewonnene Spannungs-Istwert einer Regeleinrichtung zugeführt wird, welche diesen Istwert mit einem Sollwert vergleicht und die Spannung +U am Anschluß 8 entsprechend der Differenz von Ist- und Sollwert verstellt.

Claims (7)

1. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit einem Transformator, dessen Se­ kundärwicklung mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Primärwicklung (3) über eine Mittenanzapfung (8) ein erstes Potential (+U) zugeführt ist und daß die Endanschlüsse (9, 11) der Primärwicklung (3) über Schaltmittel (10, 12) mit einem gegenüber dem ersten Potential negativen zweiten Potential (OV) verbindbar sind.
2. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzei­ chnet, daß die mit der Sekundärseite (4) des Transformators (2) verbundene Gleichrichterschaltung (16, 18, 19, 20) eine Spannungsverdopplerschaltung nach Villard ist.
3. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß parallel zu den Schaltmitteln (10, 12) jeweils eine Diode (14, 13) geschaltet ist, deren Kathoden mit den Endanschlüssen (11, 9) der Primär­ wicklung (3) des Transformators (2) verbunden sind.
4. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltmittel (10, 12) elektronische Schaltmittel sind.
5. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zunächst der eine Endanschluß (11) mit dem zweiten Potential (OV) verbunden und hierauf von diesem Potential (OV) wieder getrennt wird, daß sodann der andere Endanschluß (9) mit dem zweiten Potential (OV) verbunden und hierauf wieder von diesem Potential (OV) getrennt wird.
6. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltmittel (10, 12) mit Mittelfrequenzen gesteuert werden.
7. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf der Sekundärseite der Gleichrichterschaltung (16, 18, 19, 20) abgreifbare Spannung (HV) als Ist-Spannungswert einer Regelein­ richtung zugeführt ist, welche diesen Ist-Spannungswert mit einem Soll- Spannungswert vergleicht und das erste Potential (+U) entsprechend der Differenz zwischen Ist- und Sollwert verändert.
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WO2016037687A1 (de) * 2014-09-08 2016-03-17 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Übertrageranordnung mit einem primärteil und einem sekundärteil

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