DE3882931T2

DE3882931T2 - Induktiver Leistungskonverter.

Info

Publication number: DE3882931T2
Application number: DE88311344T
Authority: DE
Inventors: Herman Lee Renger
Original assignee: Pacesetter Infusion Ltd
Current assignee: Ivac Medical Systems Inc
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2008-12-01
Also published as: EP0319269B1; EP0319269A3; DE3882931D1; JP2833765B2; EP0319269A2; CA1297531C; JPH0232757A; US4814685A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Leistungskonverter zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, umfassend: einen Induktor; erste Verbindungseinrichtung zur selektiven Zuleitung der Eingangs spannung zu einer Seite des Induktors zum Laden desselben; erste Überwachungseinrichtung zum überwachen der Eingangsspannung und Erzeugen eines ersten Signals, das die Größe der Eingangsspannung anzeigt; zweite Verbindungseinrichtung zur Zuleitung der Ausgangsspannung von der anderen Seite des Induktors zu einem Ausgang; und zweite überwachungseinrichtung zum Überwachen der Ausgangsspannung und Erzeugen eines zweiten Signals, das die Ausgangsspannung anzeigt.
Gleichspannungsleistungskonverter haben die Grundvoraussetzung ein bestimmtes Ausgangsgleichspannungsniveau von einem typischerweise konstanten Eingangsgleichspannungsniveau zu liefern. Im Unterschied zu weniger ausgefeilten Wechselspannungstransformatoren, die relativ einfach sind, muß ein Gleichspannungsleistungskonverter unter Verwendung eines relativ konstanten Niveaus der Eingangsspannung betrieben werden. Zwei Techniken, die zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine gewünschte Ausgangsgleichspannung entwickelt wurden, verwenden reaktive Schaltkreiselemente, typischerweise Kondensatoren und Induktoren, als Energiespeichermedien. Solche Vorrichtungen arbeiten durch periodisches Umschalten des reaktiven Elementes in eine abwechselnde Verbindung mit der Eingangsgleichstromspannung, um das reaktive Element zu laden und dem Ausgangsgleichstromschaltkreis, um das reaktive Element zu entladen.
Aufgrund der Wesensart von Kondensatoren und Induktoren wurden Induktoren für den Gebrauch in Gleichstromleistungskonvertern stärker bevorzugt als Kondensatoren. Das liegt überwiegend daran, daß Induktoren, die in der Lage sind, eine bestimmte Kapazität zu liefern, billiger, kleiner und leichter zu handhaben sind, als Kondensatoren derselben Kapazität (mit der bestimmten Ausnahme von Vorrichtungen, die nur sehr kleine Kapazitäten haben). Vor einiger Zeit wurde erkannt, daß Induktoren vorteilhaft als Energiespeichermedien verwendet werden können, die zwischen einer Eingangsspannung und einem Ausgangsschaltkreis zur Konvertierung einer Gleichstromleistung umgeschaltet werden.
Frühe Beispiele von induktiven Leistungskonvertern können vor allem in Schweißschaltungen wie beispielsweise U.S. Patent Nr. 2,276,796 von Rogers und in U.S. Patent Nr. 2,276,851 von Livingston gefunden werden. Die Rogers Vorrichtung verwendet einen Nebenschlußwiderstand und ein Relais, um den Induktor zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu schalten, wenn ein ausreichender Strom als vorhanden in dem Induktor angezeigt wird. Die Livingston Vorrichtung triggert auf der Spannung statt auf dem Strom und verwendet bei der überwachten Spannung eine Wellenform, die von einer ungefilterten, vollwelligen gleichgerichteten Sinuswelle abgeleitet wurde. Diese Vorrichtungen werden zur Erzeugung eines Schweißstromes eingesetzt und sind aufgrund der Wesensart von Schweißvorrichtungen nicht sehr genau.
Ausgefeiltere Vorrichtungen, die eine induktive Spule verwenden, wurden entwickelt wie die einfache Magnetspule, die das Magnetfeld von einem Induktor verwendet, um einen Kolben zum Ausführen mechanischer Arbeit anzutreiben. Beispiele für solche Vorrichtungen findet man in U.S. Patent Nr. 4,173,030 von Rabe und in U.S. Patent Nr. 4,293,888 von McCarty. Die Rabe Vorrichtung, die die Magnetspule zum Betätigen eines Kraftstoffeinspritzers verwendet, steuert das Anlegen der Spannung an die Magnetspule in Abhängigkeit vom Spannungsniveau mit dem gewünschten Effekt, daß der Kraftstoffeinspritzer taktgenau betrieben wird. Die McCarty Vorrichtung, die eine Antriebsschaltung für einen Druckerhammer darstellt, mißt den minimalen Strom, der zum taktgenauen Antreiben des Druckerhammers notwendig ist, und legt diesen Strom für eine kurze Zeitdauer an. Keine dieser Vorrichtungen konvertiert Gleichstromleistung in eine Gleichstromleistung, sondern beide konvertieren elektrische Energie und mechanische Energie.
Neuere Beispiele von Gleichstrom-zu-Gleichstromleistungskonvertern für kompliziertere Anwendungen findet man in U.S. Patent 3,191,074 von Carruthers et al., und in U.S. Patent Nr. 4,511,829 von Wisniewski. Die Carruthers et al. Vorrichtung wird zum Speichern von hohen Energieniveaus verwendet, die induktiv umgeschaltet werden können und mißt, wie die Rogers und McCarty Vorrichtung, den Strom, der durch den Induktor zur Steuerung des Betriebes der Vorrichtung fließt. Die Wisniewski Vorrichtung ist ausgefeilter und verwendet Ladezeiten, wobei die Entladezeit auf dem Stromniveau in dem Ausgangsschaltkreis basiert.
Es ist insbesondere zu bemerken, daß mit Ausnahme der Rabe Vorrichtung keine der oben diskutierten Vorrichtungen so ausgelegt sind, daß sie mit einer variablen Gleichstromeingangsspannung arbeiten können. Die Rabe Vorrichtung jedoch ist kein Leistungskonverter, sondern eine Magnetspule.
U.S. Patent Nr. 4,618,812 von Kawakami offenbart einen Gleichstrom-Gleichstromleistungskonverter, der eine Induktionsspule angekoppelt zwischen Eingangs- und Ausgangsumschaltkreisen verwendet. Die Anregung der Umschaltungen wird auf der Basis eines Vergleichs zwischen jeweiligen Gleichstromspannungsniveaus mit Bezugsspannungen bestimmt. Der Konverter steuert die Ausgangsspannung von einer variablen Eingangsspannung durch Umschaltungen, je nach dem ob die Eingangsspannung über oder unter der Ausgangsspannung liegt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom induktiven Leistungskonverter zur Verfügung zu stellen, der mit einer variablen Gleichstromeingangsspannung von vorzugsweise einem relativ großen Bereich von Gleichstromeingangsspannungen betrieben werden kann. Dadurch kann der Leistungskonverter der vorliegenden Erfindung erfolgreich über einen großen Bereich von Eingangsspannungen betrieben werden.
Es ist ebenso wünschenswert, einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom induktiven Leistungskonverter zur Verfügung zu haben, der eine über einen großen Bereich veränderbare Ausgangsspannung liefert. Bisher bekannte Vorrichtungen können gegebenenfalls bei variablen Gleichstromausgangsspannungen betrieben werden, aber sie sind nicht so ausgelegt, daß sie dies über einen großen Bereich von Ausgangsspannungen effizient tun. Die vorliegende Erfindung sollte in der Lage sein, einen großen Bereich von Ausgangsspannungen effizient zu liefern und sollte in einer Ausführungsform gleichzeitig in der Lage sein, Leistungen bei mehr als einem Spannungsniveau zu geben.
Ebenso ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in einer so wirksamen wie möglichen Weise zu arbeiten. Die Effizienz eines Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Konverters besteht aus zwei Komponenten, nämlich der Eingangseffizienz und der Ausgangseffizienz. Die Eingangseffizienz wird durch das Laden des Induktors nahe der Sättigung, aber knapp unterhalb der Sättigung maximiert. Die Sättigung des Induktors ist an sich schlecht vom Standpunkt der Effizienz und kann ebenfalls zu einer Sättigung der elektronischen Festkörperschaltungen führen, die zum Schalten zwischen Eingangs- und Ausgangsschaltkreis in dem Induktor verwendet werden. Ein Abkürzen der Ladezeit deutlich über das notwendige Maß um Sättigung zu vermeiden zerstört die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung. Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden des Induktors nahe aber knapp unterhalb der Sättigung bei einigen oder allen Gleichstromeingangsspannungen zu ermöglichen, bei welchen die Vorrichtung betrieben wird.
Die Ausgangseffizienz hängt von der einfachen Entladung des Induktors ab, ohne den Versuch einer Entladung, wenn er bereits vollständig entladen ist. Das Mißlingen einer einfachen Entladung des Induktors führt zu einem Aufblähen der Ströme während des nächsten Ladezyklusses, weil der verbleibende Strom dem zusätzlichen Strom während des nächsten Ladezyklusses zuaddiert wird. Das führt sehr wahrscheinlich zu einer Sättigung und damit zu allen oben diskutierten Nachteilen und Ineffizienzen. Eine Verlängerung der Entladezeit über das zur Entladung des Induktors notwendigen Maßes hinaus beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit des Systems. Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vollständige Entladung des Induktors zu ermöglichen, ohne zusätzliche Zeit und Effizienz zu verwenden.
Durch die gleichzeitige Maximierung der Effizienz sowohl an der Eingangs- wie auch an der Ausgangsseite des Induktors wird die Gesamteffizienz und die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung maximiert. Es ist weiterhin ein Ziel der Vorrichtung, daß die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte zu vernünftigen wirtschaftlichen Kosten erreicht werden, und daß die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht übermäßig komplex wird. Durch Erreichen dieser Ziele sollte das System der vorliegenden Erfindung in der Lage sein, eine variable Eingangsgleichstromspannung in eine variable Ausgangsgleichstromspannung zu konvertieren, während die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems im Unterschied zu allen vormals bekannten Vorrichtungen maximiert ist.
Es ist ebenso ein Ziel, daß all diese oben erwähnten Vorteile und Ziele ohne irgendwelche wesentlichen relativen Nachteile erreicht werden.
Der induktive Leistungskonverter der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch Zeitgebereinrichtung zur abwechselnden Steuerung der Leitungen, durch die ersten Verbindungseinrichtungen zum Laden des Induktors nahezu bis in die Sättigung in Übereinstimmung mit dem ersten Signal der Leitung, durch die zweite Verbindungseinrichtung zum Entladen des Induktors in Übereinstimmung mit dem zweiten Signal.
Die Nachteile und Grenzen des oben diskutierten Standes der Technik werden durch die vorliegende Erfindung überwunden. Mit dieser Erfindung ist gemeint, daß ein induktiver Leistungskonverter eine variable Eingangsgleichstromspannung in eine variable Ausgangsgleichstromspannung konvertiert. Ähnlich den bisher bekannten induktiven Leistungskonvertern wird die Eingangsspannung angelegt, um den Induktor zu laden, wonach der Induktor verbunden wird, um eine Ausgangsschaltung anzutreiben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung einen Spannungskomparator in dem Spannungseingang verwenden, zur Analyse in welches von einer Vielzahl von Spannungsniveaus die Eingangsspannung fällt. In Abhängigkeit von dem bestimmten Spannungsniveau, in das die Eingangsspannung fällt, lädt eine Zeitgeberschaltung den Induktor für eine maximale Zeitdauer, wobei Sättigung vermieden wird.
Ähnlich kann ein Spannungskomparator am Ausgang der Vorrichtung verwendet werden, um zu bestimmen, in welche von einer Vielzahl von Spannungsniveaus die Ausgangsspannung fällt. Abhängig davon in welcher der bestimmten Spannungsniveaus die Ausgangsspannung fällt, entlädt eine Zeitgebereinrichtung den Induktor für eine minimale Zeitdauer, die notwendig ist, um den Induktor vollständig zu entladen. Wie man sofort einsehen kann, optimiert dieses System die Effizienz und die Leistungsfähigkeit des Betriebes der Vorrichtung sowohl auf der Eingangsseite wie auch auf der Ausgangsseite. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein vereinfachter Steuerschaltkreis verwendet, der das System sogar noch wirtschaftlicher im Zusammenbau macht.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform können zwei variable Ausgangsspannungen durch die Verwendung von drei statt von einem Induktor vorgesehen werden. Ein erster Induktor wird, wie oben beschrieben ist, geladen und treibt durch eine Diode unabhängig jede der zwei anderen zusätzlichen Induktoren an. Jeder der zwei zusätzlichen Induktoren verfügt über einen Spannungskomparator, welcher an dem Ausgang dieses zusätzlichen Induktors verwendet wird, um zu bestimmen, in welches von einer Vielzahl von Spannungsniveaus der Ausgang an diesem zusätzlichen Spannungsinduktor die Spannung fällt. Abhängig von dem bestimmten Spannungsniveau entlädt eine Zeitgebereinrichtung den zusätzlichen Induktor für eine minimale Zeitdauer, die notwendig ist, um diesen zusätzlichen Induktor vollständig zu entladen.
Man kann daher sehen, daß die vorliegende Erfindung einen induktiven Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Leistungskonverter lehrt, welcher in der Lage ist, über einen relativ großen Bereich von Eingangsgleichstromspannungen effizient zu arbeiten. In einer alternativen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ebenfalls in der Lage, gleichzeitig und effizient Leistungen bei mehr als einem Spannungsniveau zu liefern.
Das System der vorliegenden Erfindung maximiert die Effizienz des Leistungskonversionsprozesses. Es ermöglicht die Ladung des Induktors bis zu einem Punkt nahe aber knapp unterhalb der Sättigung bei irgendeinem oder jedem der Eingangsgleichstromspannungen, bei welchen die Vorrichtung betrieben wird. Es ermöglicht ebenfalls, den Induktor vollständig zu entladen, ohne daß zusätzliche Zeit und Leistungsfähigkeit verschwendet wird. Durch die gleichzeitige Effizienz sowohl an der Eingangs- wie auch an der Ausgangs Seite des Induktors wird die Gesamteffizienz und die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung maximiert.
Die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte werden bei vernünftigen wirtschaftlichen Kosten erzielt und die Vorrichtung ist nicht übermäßig komplex. Durch das Erreichen dieser Ziele ist das System der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine variablen Eingangsgleichstromspannung in eine variable Ausgangsgleichstromspannung zu konvertieren, wobei die gesamte Leistungsfähigkeit des Systems im Gegensatz zu bisher bekannten Vorrichtungen maximiert wird. In einer alternativen Ausführungsform können zwei verschiedene Ausgangsgleichstromspannungen vorgesehen werden, ohne daß einer der Vorteile der Erfindung verloren geht. Endlich sind die erwähnten Vorteile und Ziele erreicht worden, ohne daß irgendwelche wesentlichen relativen Nachteile damit verbunden wären.
Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weisen in die Praxis umgesetzt werden, von denen einige nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Figur 1 ein Schaltkreisdiagramm für eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 ein Schaltkreisdiagramm für eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Figur 3 ein Schaltkreisdiagramm für eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, bei welcher zwei verschiedene Ausgangsgleichstromspannungen durch das System geliefert werden.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 erläutert. Eine Eingangsgleichstromspannung, die sich bei irgendeinem aus einer Anzahl von verschiedenen Niveaus befindet, wird einer Schaltung durch einen ersten, in diesem Fall positiven Eingangsanschluß 10 zugeführt, wobei ein zweiter Eingangsanschluß 12 geerdet ist. Der positive Eingangsanschluß 12 ist mit einer Seite eines ersten Schalters 14 verbunden, wohingegen die andere Seite des ersten Schalters 14 mit einer Seite eines Induktors 16 verbunden ist. Die andere Seite des Induktors 16 ist verbunden mit einer Seite eines zweiten Schalters 18, und die andere Seite des Schalters 18 ist mit der Erde verbunden.
Der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 sind vorzugsweise entweder mechanisch oder elektrisch miteinander verbunden, um zusammen betrieben zu werden, so daß, wenn der erste Schalter 14 geschlossen ist, der zweite Schalter 18 ebenfalls geschlossen ist, und daß, wenn der erste Schalter 14 offen ist, der zweite Schalter 18 ebenfalls offen ist. Der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 werden durch eine Eingangszeitgeberschaltung 20 betrieben, welche ihrerseits durch einen Eingangsspannungskomparator 22 gesteuert wird. Der Eingangsspannungskomparator 22 hat als Eingang die Eingangsgleichstromspannung, die dem positiven Eingangsanschluß 10 und dem Eingangsanschluß 12 zugeführt wird. In Figur 1 erhält der Eingangsspannungskomparator 22 diese Eingänge durch eine Verbindung zu dem positiven Eingangsanschluß 10 und eine Verbindung zur Erde.
Während eines Ladezyklusses werden der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 in einer geschlossenen Position durch die Eingangszeitgeberschaltung gehalten, wodurch der induktor 16 über die Eingangsgleichstromspannung verbunden ist. Keine Verbindung des Induktors 16 mit der Ausgangs Schaltung, die weiter unten diskutiert wird, ist während des Ladezyklusses vorgesehen. Der Eingangsspannungskomparator 22 überwacht die Gleichstromeingangsspannung, und kategorisiert in allen Ausführungsformen der Erfindung die Gleichstromeingangsspannung in eine Vielzahl von diskreten Spannungsniveaus.
Wenn beispielsweise die Gleichstromeingangsspannung über einen Bereich von 3,0 Volt und 9,5 Volt breit streut und drei diskrete Niveaus verwendet werden, kann das erste Niveau zwischen 3,0 und 4,7 Volt, das zweite Niveau zwischen 4,7 und 7,1 Volt und das dritte Niveau zwischen 7,1 und 9,5 Volt liegen. In welches Niveau das momentan an den positiven Eingangsanschluß 10 und den Eingangsanschluß 12 angelegte Spannung tatsächlich fällt, wird durch den Eingangsspannungskomparator 22 bestimmt. Ein Signal, das anzeigt, welches das höhere der Niveaus ist, dem die Eingangsgleichstromspannung am nächsten ist, wird von dem Eingangsspannungskomparator 22 an die Eingangszeitgeberschaltung 20 gesandt.
Die Eingangszeitgeberschaltung 20 kalkuliert die maximale Zeitdauer, für welche das diskrete Spannungsniveau, dem die Gleichstromeingangsspannung am nächsten ist, an den Induktor 16 angelegt wird, ohne daß der Induktor 16 gesättigt wird. Diese maximale Zeitdauer beginnt in dem Moment, wo der Induktor 16 zunächst mit der Gleichstromeingangsspannung durch den ersten Schalter 14 und den zweiten Schalter 18 verbunden ist, welche durch die Eingangszeitgeberschaltung 20 geschlossen werden. Wenn diese maximale Zeitdauer vorüber ist, werden der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 durch die Eingangszeitgeberschaltung 20 geöffnet, wodurch der Induktor 16 von der Gleichstromeingangsspannung getrennt wird.
Eine andere maximale Zeitdauer wird für jedes diskrete Spannungsniveau berechnet. Typischerweise beträgt die maximale Zeitdauer für ein bestimmtes Spannungsniveau gleich der Zeit, für die die maximale Spannung auf diesem Spannungsniveau mit dem Induktor 16 verbunden werden kann, ohne daß dieser gesättigt wird. Durch Laden des Induktors 16 bis zu einem Punkt knapp unterhalb der Sättigung wird die optimale Leistungsfähigkeit erreicht. Ein Fachmann wird erkennen, daß die Leistungsfähigkeit geringfügig erhöht werden kann, wenn mehr diskrete Spannungsniveaus zur Verfügung stehen. Der Preis für diesen Gewinn der Leistungsfähigkeit erhöht natürlich die Komplexität der Schaltung. Für das diskutierte Beispiel hier wird angenommen, daß drei diskrete Spannungsniveaus eine adäquate Arbeit leisten unter Beibehaltung einer einigermaßen hohen Effizienz im Ladungsbetrieb.
Nun wird die Ausgangsseite der Schaltung von Figur 1 diskutiert. Ein dritter Schalter 24 ist an einer Seite mit der anderen Seite des Induktors 16 verbunden; die andere Seite des dritten Schalters 24 ist mit einem positiven Ausgangsanschluß 26 verbunden. Der andere Ausgangsanschluß ist ein Ausgangsanschluß 28, welcher wie der Eingangsanschluß 12 geerdet ist. Eine Seite eines vierten Schalters 30 ist verbunden mit einer Seite des Induktors 16; die andere Seite des vierten Schalters 30 ist geerdet.
Der dritte Schalter 24 und der vierte Schalter 30 sind ebenfalls vorzugsweise entweder mechanisch oder elektrisch miteinander verbunden, um zusammen betrieben werden zu können, so daß, wenn der dritte Schalter 24 geschlossen ist, auch der vierte Schalter 30 geschlossen ist, und daß, wenn der dritte Schalter 24 geöffnet ist auch der vierte Schalter 30 geöffnet ist. Der dritte Schalter 24 und der vierte Schalter 30 werden durch eine Ausgangszeitgeberschaltung 32 betrieben, welche ihrerseits durch einen Ausgangsspannungskomparator 34 gesteuert wird. Der Ausgangsspannungskomparator 34 hat als Eingänge die Gleichstromausgangsspannung, mit welcher die Last angeschlossen ist, die über den positiven Ausgangsanschluß 26 und den geerdeten Ausgangsanschluß 28 betrieben wird. Der Ausgangsspannungskomparator 34 erhält diese Eingänge durch eine Verbindung zu dem positiven Ausgangsanschluß 26 und eine Verbindung zur Erde.
Während eines Entladezyklusses werden der dritte Schalter 24 und der vierte Schalter 30 in einer geschlossenen Position durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32 gehalten, wodurch der Induktor 16 über die Gleichstromausgangsspannung verbunden ist. Keine Verbindung des Induktors 16 zu der unten diskutierten Eingangsschaltung wird während des Entladezyklusses hergestellt, und der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 werden in einer offenen Stellung während des Entladezyklusses gehalten. Der Ausgangsspannungskomparator 34 überwacht die Gleichstromausgangsspannung, und in dieser Ausführungsform der Erfindung kategorisiert die Gleichstromausgangsspannung in eine Vielzahl von diskreten Spannungsniveaus.
Wenn beispielsweise die Gleichstromausgangsspannung über einen Bereich zwischen 5,0 Volt und 15,0 Volt breit streut und drei diskrete Niveaus verwendet werden, dann kann das erste Niveau zwischen 5,0 und 7,5 Volt, das zweite Niveau zwischen 7,5 und 10,5 Volt und das dritte Niveau zwischen 10,5 und 15,0 Volt liegen. Zwischen welches Niveau die momentan an den positiven Ausgangsanschluß 26 und den Ausgangsanschluß 28 angelegte Gleichstromausgangsspannung fällt, wird durch den Ausgangsspannungskomparator 34 bestimmt. Ein Signal, welches das untere der diskreten Niveaus anzeigt, die der Gleichstromausgangsspannung am nächsten liegt, wird vom dem Ausgangsspannungskomparator 34 zu der Ausgangszeitgeberschaltung 32 gesandt.
Die Ausgangszeitgeberschaltung 32 berechnet die minimale Zeitdauer, welche der Gleichstromausgangsspannung am nächsten liegt, an den Induktor 16 angelegt werden muß, um den Induktor 16 vollständig zu entladen. Diese minimale Zeitdauer beginnt in dem Moment, wo der Induktor 16 mit der Gleichstromausgangsspannung durch den Schalter 24 verbunden wird, und der vierte Schalter 30 durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32 geschlossen ist. Wenn diese minimale Zeitdauer vorüber ist, werden der dritte Schalter 24 und der vierte Schalter 30 durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32 geöffnet, wodurch der Induktor 16 von der Ausgangsgleichstromspannung getrennt wird.
Für jede der diskreten Spannungsniveaus wird eine verschiedene minimale Zeitdauer berechnet. Typischerweise beträgt die minimale Zeitdauer für ein bestimmtes Spannungsniveau gleich der Zeit, die der Induktor 16 zum Entladen in den Ausgang des Systems benötigt, wenn die Gleichstromausgangsspannung gleich der minimalen Spannung für dieses bestimmte Spannungsniveau ist. Durch vollständiges Entladen des Induktors 16 kann die optimale Leistungsfähigkeit erreicht werden, weil das Erhöhen der Ladung während des nächsten Ladezyklusses, welches zu einer Sättigung des Induktors 16 führen kann, vermieden wird. Ein Fachmann wird erkennen, daß die Leistungsfähigkeit geringfügig durch mehr diskrete Spannungsniveaus erhöht werden kann, aber zum Preis einer Erhöhung der Schaltungskomplexität. Es wird angenommen, daß drei diskrete Spannungsniveaus angemessen sind, um ein einigermaßen hohes Niveau der Leistungsfähigkeit in dem Entladebetrieb für das gegebene Beispiel hier zu ergeben.
Wie oben hervorgehoben wurde, ist während der Ladeoperation der Induktor 16 von der Ausgangsseite der Schaltung getrennt und während des Entladebetriebs ist der Induktor 16 ebenfalls von der Eingangsseite der Schaltung abgekoppelt. In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Eingangszeitgeberschaltung 20 und die Ausgangszeitgeberschaltung 32 einen sich gegenseitig blockierenden Einfluß ausübt. Insbesondere veranlaßt unmittelbar im Anschluß auf die Ausführung der Ladeoperation die Zeitgeberschaltung 20 den ersten Schalter 14 und den zweiten Schalter 18 zu einer Öffnung, und sendet dann ein Entladesignal, das zum Betrieb der Ausgangszeitgeberschaltung 32 notwendig ist. Von diesem Zeitpunkt ab kann die Eingangszeitgeberschaltung 20 den ersten Schalter 14 und den zweiten Schalter 18 nicht mehr schließen, bis sie wieder durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32 dazu in die Lage versetzt wird.
Die Ausgangszeitgeberschaltung 32, die das Entlademöglichkeitssignal von der Eingangszeitgeberschaltung 20 empfangen hat, welches anzeigt, daß die Eingangsschaltung vom Induktor 16 abgekoppelt ist, veranlaßt dann den Entladezylus durch Schließen des dritten Schalters 24 und des vierten Schalters 30 für eine minimale Zeitdauer, die durch das diskrete Spannungsniveau angezeigt ist, die von dem Ausgangsspannungskomparator 34 als ein Eingang zu der Ausgangszeitgeberschaltung 32 angelegt wurde. Wenn diese minimale Zeitdauer vorüber ist, werden der dritte Schalter 24 und der vierte Schalter 30 geöffnet und dann sendet die Ausgangszeitgeberschaltung 32 ein Entlademöglichkeitssignal, das zum Betrieb der Eingangs zeitgeberschaltung 20 notwendig ist. Von da ab ist die Ausgangszeitgeberschaltung 32 nicht mehr in der Lage, den dritten Schalter 24 und den vierten Schalter 30 zu schließen, bis sie wieder von der Eingangszeitgeberschaltung 20 dazu in die Lage versetzt wird.
Die Eingangszeitgeberschaltung 20, die das Lademöglichkeitssignal von der Ausgangszeitgeberschaltung 32 empfangen hat, welches anzeigt, daß die Ausgangsschaltung von dem Induktor 16 getrennt ist, veranlaßt dann den Ladezyklus durch Schließen des ersten Schalters 14 und des zweiten Schalters 18 für eine maximale Zeitdauer, die durch das diskrete Spannungsniveau angezeigt ist, das von dem Eingangsspannungskomparator 22 als ein Eingang zu der Eingangszeitgeberschaltung 20 geliefert wurde. Wenn diese maximale Zeitdauer vorüber ist, werden der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 geöffnet und dann sendet die Eingangszeitgeberschaltung 20 ein Entlademöglichkeitssignal aus, das von der Ausgangszeitgeberschaltung 32 für den Betrieb erforderlich ist. Es kann so festgestellt werden, daß die Eingangsschaltung und die Ausgangsschaltung nicht gleichzeitig mit dem Induktor 16 verbunden sind.
Um die Schaltung von Figur 1 in der ersten Ausführungsform zu vervollständigen, ist ein Kondensator 36 über den positiven Eingangsanschluß 10 und den zweiten Eingangsanschluß 12 verbunden, und ein Kondensator 38 ist über den positiven Ausgangsanschluß 26 und den Ausgangsanschluß 28 verbunden. Die Kondensatoren 36 und 38 werden verwendet, um die Hochfrequenzantwort durch Halten des Spannungsanstieges so kurz wie möglich durch Versenken von kurzen Übergangsströmen in die Erde zu verstärken. Die Kondensatoren 36 und 38 sollten niedrig ESR (equivalent series resitance) Kondensatoren sein, typischerweise 1000 Mikrofarad elektrolytische Kondensatoren mit einem ESR von 0,05 Ohm oder weniger.
Es ist ebenfalls zu beachten, daß in allen Ausführungsformen alle Schalter wie 14, 18, 24 und 30 vorzugsweise Transistorschalter sind wie Verbindungsfeld Effekttransistoren (JFET).
Eine zweite, bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Figur 2 erläutert. Die Schaltung ist nahezu identisch auf der Eingangs seite zu der Schaltung von Figur 1. Die Ausgangsschaltung unterscheidet sich darin, daß der dritte Schalter 24 und der vierte Schalter 30 nicht verwendet werden. Daraus ergibt sich, daß die Ausgangszeitgeberschaltung 32 nicht länger notwendig ist. Eine Diode 40 ist zwischen der einen Seite des Induktors 16 und der Erde angeordnet, damit ein Strom von der Erde durch Diode 40 zu der einen Seite des Induktors 16 fließen kann und dann durch den Induktor 16 von dem anderen Ende.
Eine zusätzliche Änderung des Aufbaus ist die Zufügung einer zweiten Diode 41 zwischen der anderen Seite des Induktors 16 und dem positiven Ausgangsanschluß 26, womit ein Strom von dem anderen Ende des Induktors durch die Diode 41 zu dem positiven Ausgangsanschluß 26 fließen kann. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, daß die Diode 41 in der Schaltung von Figur 2 wie ein dritter Schalter 24 in der Schaltung von Figur 1 arbeitet. Ähnlich arbeitet die Diode 40 in der Schaltung von Figur 2 wie der vierte Schalter 30 in der Schaltung von Figur 1. Die Dioden 40 und 41 arbeiten wie automatische Schalter und werden gebiasert, wann immer ein Strom durch den Induktor 16 von einem Ende zu dem anderen Ende fließt, und der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 geöffnet sind.
Der Eingangsspannungskomparator 22 und der Ausgangsspannungskomparator 34 arbeiten genauso wie in der Schaltung von Figur 1. Die Ausgangszeitgeberschaltung 32 wird in der Schaltung von Figur 2 vermißt, weil die Dioden 40 und 41 leiten, wobei sie sich effizient zur richtigen Zeit einschalten. Ebenso ersetzt ein Zeitgeberschaltkreis 21 den Eingangszeitgeberschaltkreis 20 von Figur 1, wobei die Zeitgeberschaltung als ein Eingang die Anzeige des Spannungsniveaus sowohl vom Eingangsspannungskomparator 22 wie auch vom Ausgangszeitgeberschaltung 32 hat.
Der Betrieb der Schaltung von Figur 2 unterscheidet sich insbesondere in der Weise, wie die Eingänge von dem Eingangsspannungskomparator 22 und dem Ausgangszeitgeberschaltung 32 verwendet werden. Der Eingang vom Eingangsspannungskomparator 22, der anzeigt, in welches Niveau der momentan an dem positiven Eingangsanschluß 10 und dem negativen Eingangsanschluß 12 anliegende Gleichstromeingangsspannung fällt, wird durch die Zeitgeberschaltung 21 verwendet, um die Zeitdauer für das Laden des Induktors 16 zu bestimmen. Die Zeitgeberschaltung 21 betätigt den ersten Schalter 14 und den zweiten Schalter 18 in der Schaltung von Figur 2 anstelle der Eingangszeitgeberschaltung 20 von Figur 1. Entsprechend bestimmt der Eingang vom Eingangsspannungskomparator 22, wie lange der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 geschlossen bleiben, damit der Induktor 16 ohne Sättigung geladen wird.
Ähnlich wird der Eingang vom Ausgangsspannungskomparator 34, der anzeigt, in welches Niveau die momentan an dem positiven Ausgangsanschluß 26 und dem negativen Ausgangsanschluß 28 anliegende Gleichstromausgangsspannung fällt, wird verwendet durch die Zeitgeberschaltung 21, um die Zeitdauer zum Entladen des Induktors 16 zu bestimmen. Da keine Schalter auf der Ausgangsseite der Schaltung von Figur 2 geschlossen werden müssen, bestimmt der Eingang von dem Ausgangsspannungskomparator 34 wie lange der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 18 geschlossen bleiben, um den Induktor 16 zu entladen, ohne eine unnötig lange Zeit zu warten.
Ein Fachmann wird verstehen, daß die Schaltung von Figur 2 die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, weil sie ebenso effektiv arbeitet, wie die Schaltung von Figur 1 und dabei weniger Komponenten zum Betrieb benötigt. Die Kondensatoren 36 und 38 werden ebenfalls in der Schaltung von Figur 2 verwendet, aus den gleichen Gründen wie sie in Figur 1 verwendet wurden.
Wenn die Schaltungen der Figuren 1 oder 2 als Spannungsversorgung verwendet werden, ist es offensichtlich, daß sie nur eine Ausgangsspannung zu gleicher Zeit liefern können. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit vielfachen Ausgangsspannungen ist in Figur 3 gezeigt. Sie ist so ausgelegt, daß zwei verschiedene Gleichstromausgangsspannungen geliefert werden können, eine hohe Ausgangsspannung und eine niedrige Gleichstromausgangsspannung. Die Eingangs seite der Schaltung von Figur 3 ist identisch zu der von Figur 2 und arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise. Die Ausgangsschaltung auf der anderen Seite des Induktors 16 unterscheidet sich jedoch von der Schaltung von Figur 1 und 2.
Es gibt darin zwei parallele Ausgangsschaltkreise, die von der anderen Seite des Induktors 16 angetrieben werden, und die Konstruktion dieser beiden Ausgangsschaltungen ist im wesentlichen identisch. Entsprechend sind alle Nummernbezeichnungen zur Beschreibung die gleichen, wobei ein All Zusatz zu den Nummerierungen der Hochspannungsausgangsschaltung und ein "B" Zusatz zu den Nummerierungen der Niedrigspannungsschaltung zugefügt wurde. Die folgende Beschreibung erwähnt insbesondere die Konstruktion des Hochspannungssystems; jedoch ist zu verstehen, daß die Beschreibung ebenfalls auf die Konstruktion des Niedrigspannungssystems anzuwenden ist.
Der Induktor 16 wird zum Antreiben der Ausgangsschaltungen durch die Diode 41 verwendet, die einen Stromfluß von der anderen Seite des Induktors 16 zu einer Seite eines Ausgangsinduktors 42A ermöglicht. Die eine Seite des Ausgangsinduktors 42A ist ebenfalls mit einer Seite eines Kondensators 44 verbunden, die andere Seite des Kondensators 44 ist geerdet. Der Kondensator 44 wird ebenfalls in der bevorzugten Ausführungsform verwendet, um die Hochfrequenzantwort zu verbessern und ist vorzugsweise als ein Niedrig- ESR elektrolytischer Kondensator von ungefähr 1000 Mikrofarad ausgebildet.
Die andere Seite des Ausgangsinduktors 42A ist mit einer Seite eines dritten Schalter 24A verbunden, die andere Seite dieses dritten Schalters ist mit einem positiven Ausgangsanschluß 46A verbunden. Der Ausgang über den positiven Ausgangsanschluß 26A und einem geerdeten Ausgangsanschluß 28A ist die hohe Gleichstromausgangsspannung. Ebenfalls über den positiven Ausgangsanschluß 26A und den geerdeten Ausgangsanschluß 28A ist ein Kondensator 38A verbunden, welcher zur Verstärkung der Hochfrequenzantwort verwendet wird.
Ein vierter Schalter 30A ist an einer Seite mit einer Seite des Ausgangsinduktors 42A verbunden und die andere Seite ist geerdet. Der dritte Schalter 24A und der vierte Schalter 30A sind vorzugsweise entweder mechanisch oder elektrisch miteinander verbunden, um gemeinsam betrieben werden zu können, so daß wenn der dritte Schalter 24A geschlossen ist, der vierte Schalter 30A ebenfalls geschlossen ist, und daß, wenn der dritte Schalter offen ist, der vierte Schalter 30A ebenfalls offen ist. Der dritte Schalter 24A und der vierte Schalter 30A werden durch eine Ausgangszeitgeberschaltung 32A betrieben, die ihrerseits durch einen Ausgangsspannungskomparator 34A gesteuert wird. Der Ausgangsspannungskomparator 34A hat als Eingang die Gleichstromausgangsspannung, bei welcher die Last, die über den positiven Ausgangsanschluß 26A und den negativen Ausgangsanschluß 28A verbunden ist, betrieben wird. Der Ausgangsspannungskomparator 34A erhält diese Eingänge durch eine Verbindung zu dem positiven Ausgangsanschluß 26A und eine Verbindung zur Erde.
Während eines Entladezyklusses werden der dritte Schalter 24A und der vierte Schalter 30A beide in einer geschlossenen Stellung durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32A gehalten, wodurch der Ausgangsinduktor 42A über die hohe Ausgangsgleichstromspannung verbunden ist. Der Ausgangsspannungskomparator 34A überwacht die hohe Ausgangsgleichstromspannung und kategorisiert die hohe Ausgangsgleichstromspannung in eine Vielzahl von diskreten Spannungsniveaus. In welches Niveau die momentan an dem positiven Ausgangsanschluß 26A und dem geerdeten Ausgangsanschluß 28A anliegende hohe Ausgangsgleichstromspannung fällt, wird durch den Ausgangs Spannungskomparator 34A bestimmt. Ein Signal, das anzeigt, in welches der diskreten Niveaus die Ausgangsgleichstromspannung fällt, wird vom dem Ausgangsspannungskomparator 34A zu der Ausgangszeitgeberschaltung 32A gesandt.
Eine Hauptausgangszeitgeberschaltung 50 in Verbindung mit der Ausgangszeitgeberschaltung 42A der Ausgangszeitgeberschaltung 32B berechnet die minimale Zeitdauer, die von den beiden Ausgangsschaltungen gleichzeitig angefordert wird, um den Induktor 16 vollständig zu entladen. Diese minimale Zeitdauer beginnt in dem Moment, wo der Ausgangsinduktor 42A mit der hohen Ausgangsgleichstromspannung durch den dritten Schalter 24A verbunden ist, wobei der vierte Schalter 30A durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32A geschlossen ist, und der Ausgangsinduktor 42B ist mit der hohen Ausgangsgleichstromspannung durch einen dritten Schalter 24B verbunden, und der vierte Schalter 30B ist durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32B geschlossen. Wenn diese minimale Zeitdauer vorüber ist, werden der dritte Schalter 24A und der vierte Schalter 30A geöffnet durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32B und der dritte Schalter 24B und der vierte Schalter 30B werden durch die Ausgangszeitgeberschaltung 32B geöffnet, wodurch der Ausgangsinduktor 42A von der hohen Ausgangsgleichstromspannung und der Ausgangsinduktor 42B von der niedrigen Ausgangsgleichstromspannung getrennt werden.
Durch vollständiges Entladen des Stromes in dem Induktor 16 durch die Diode 40 und die Ausgangsinduktoren 42A und 42B wird eine optimale Leistungsfähigkeit erreicht, da das Erhöhen der Ladung während des nächsten Ladezyklusses, das zu einer Sättigung des Induktors 16 führen könnte, vermieden wird. Wieder kann die Leistungsfähigkeit geringfügig durch mehr diskrete Ausgangsspannungsniveaus erhöht werden, aber auf Kosten einer Erhöhung der Schaltkreiskomplexität. Es wird angenommen, daß drei diskrete Spannungsniveaus angemessen sind, um ein einigermaßen hohes Niveau der Leistungsfähigkeit in der Entladeoperation zu halten.
Es kann daher eingesehen werden, daß die vorliegende Erfindung einen Gleichstrom zu Gleichstrom induktiven Leistungskonverter lehrt, welcher in der Lage ist, effizient über einen relativ breiten Bereich von Gleichstromeingangsspannungen zu arbeiten. Der induktive Leistungskonverter der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, effizient eine Ausgangsspannung zu liefern, die breit streuen kann. Die vorliegende Erfindung in einer alternativen Ausführungsform ist ebenfalls in der Lage, gleichzeitig und effizient eine Leistung bei zwei oder mehreren Spannungsniveaus zu liefern.
Das System maximiert die Effizienz des Leistungskonversionsprozesses. Es erlaubt das Laden des Induktors zu einem Punkt nahe unterhalb der Sättigung bei jeder beliebigen oder allen Gleichstromeingangsspannungen, bei welcher die Vorrichtung betrieben wird. Es erlaubt ebenfalls das vollständige Entladen des Induktors, ohne daß zusätzliche Zeit oder Leistungsfähigkeit verschwendet wird. Durch die gleichzeitige Maximierung der Leistungsfähigkeit sowohl der Eingangsseite des Induktors wie der Ausgangsseite des Induktors wird die gesamte Leistungsfähigkeit der Vorrichtung maximiert.
Durch Erreichen dieser Ziele ist das System der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine variable Gleichstromeingangsspannung in eine variable Gleichstromausgangsspannung zu konvertieren, während die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems ohne unangemessene Komplexität maximiert wird. In der alternativen Ausführungsform können zwei oder mehrere verschiedene Gleichstromausgangsspannungen geliefert werden, ohne daß eine der von der Erfindung ausgeführten Vorteile aufgegeben wird. Endlich können alle vorher erwähnten Vorteile und Ziele erreicht werden, ohne daß ein wesentlicher relativer Nachteil auftritt.

Claims

1. Induktiver Leistungskonverter zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, umfassend: einen Induktor (16); erste Verbindungseinrichtungen (14, 18) zur selektiven Zuleitung der Eingangsspannung zu einer Seite des Induktors zum Laden desselben; erste Überwachungseinrichtungen (22) zum Überwachen der Eingangsspannung und Erzeugen eines ersten Signals, das die Größe der Eingangsspannung anzeigt; zweite Verbindungseinrichtungen (24, 30, 40, 41) zur Zuleitung der Ausgangsspannung von der anderen Seite des Induktors zu einem Ausgang; und zweite Überwachungseinrichtungen (34) zum Überwachen der Ausgangsspannung und Erzeugen eines zweiten Signals, das die Ausgangsspannung anzeigt, gekennzeichnet durch Zeitgebereinrichtungen (20, 32) zur abwechselnden Steuerung der Leitung durch die ersten Verbindungseinrichtungen zum Laden des Induktors nahe zu bis in Sättigung in Übereinstimmung mit dem ersten Signal und der Leitung durch die zweite Verbindungseinrichtung zum Entladen des Induktors in Übereinstimmung mit dem zweiten Signal.

2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Verbindungseinrichtungen in Antwort auf das zweite Signal betrieben werden können, um selektiv die Ausgangsspannung von dem Induktor anzulegen.

3. Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Verbindungseinrichtungen Schalter sind.

4. Konverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung relativ zum Erdungspotential angelegt wird und die ersten Verbindungseinrichtungen einen ersten Schalter (14), der so angeordnet ist, daß die eine Seite des Induktors mit der Eingangsspannung verbunden wird, und ein zweiter Schalter (18) umfassen, der so angeordnet ist, daß die andere Seite des Induktors geerdet ist.

5. Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Schalter so gekoppelt sind, sodaß sie im wesentlichen gleichzeitig betrieben werden.

6. Konverter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Verbindungseinrichtungen eine erste Diode (40), die zwischen der einen Seite des Induktors und der Erde verbunden und so angeordnet ist, daß durch sie ein Strom zum Induktor fließen kann, und eine zweite Diode (41) umfassen, die mit der anderen Seite des Induktors verbunden und so angeordnet ist, daß ein Strom von dem Induktor zum Ausgang fließen kann.

7. Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Verbindungseinrichtungen einen dritten Schalter (30), der so angeordnet ist, daß er die eine Seite des Induktors mit der Erde verbindet und einen vierten Schalter (24) umfassen, der so angeordnet ist, daß die andere Seite des Induktors mit dem Ausgang verbunden ist.

8. Konverter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Verhinderung einer gleichzeitigen Leitung durch die ersten und zweiten Verbindungseinrichtungen.

9. Konverter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Überwachungseinrichtungen einen ersten Spannungskomparator (22) zur Erzeugung eines ersten Signals umfassen, das ein Niveau aus einer Vielzahl von Niveaus anzeigt, zwischen die die Eingangsspannung fällt, wenn der Induktor geladen ist, und die zweiten Überwachungseinrichtungen einen zweiten Spannungskomparator (32) zur Erzeugung eines zweiten Signals umfassen, das ein Niveau aus einer Vielzahl von Niveaus anzeigt, in welche die Ausgangsspannung fällt, wenn der Induktor entladen ist.

10. Konverter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebereinrichtungen auf das erste Signal ansprechen, um den Induktor für eine Zeitdauer zu entladen, die in Beziehung zu der größeren der angrenzenden Spannungsniveaus liegt, zwischen denen die überwachte Eingangsspannung fällt, und ebenso auf das zweite Signal anspricht, um den Induktor für eine Zeitdauer zu entladen, die dem geringeren der angrenzenden Spannungsniveaus entspricht, zwischen die die überwachte Ausgangsspannung fällt.

11. Konverter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebereinrichtungen so angeordnet sind, daß die Eingangsspannung für eine Zeitdauer angelegt wird, die der maximalen Zeitdauer entspricht, für welches das größere der angrenzenden Spannungsniveaus angewendet werden muß, um den Induktor ohne Sättigung zu laden, und die ebenso angeordnet sind, um den Induktor für eine Zeitdauer zu entladen, die der kleinsten Zeitdauer für das Entladen der geringeren der angrenzenden Spannungsniveaus.