DE4015762A1

DE4015762A1 - Gleichrichterglaettungsfilter

Info

Publication number: DE4015762A1
Application number: DE4015762A
Authority: DE
Inventors: Tadeus Wolpert
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1991-01-03
Also published as: GB9009159D0; SE8902232D0; GB2233523B; US5093641A; JP2761428B2; SE8902232L; GB2233523A; SE464001B; JPH0332361A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichrichterglättungsfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Erfindung betrifft spezieller ein Glättungsfilter zur Verwendung mit einem Gleichrichter für Telefoniersysteme, in dem ein hoher Bedarf besteht, die Spannungswelligkeit am Gleichrichter zu dämpfen.

Zusätzlich zu der Gleichspannung entstehen normalerweise am Ausgang eines statischen Konverters Wechselspannungen von verschiedenen Frequenzen (Spannungswelligkeit). Die Spannungswelligkeit wird gedämpft, indem der Gleichrichter am Ausgang mit einem Glättungsfilter versehen wird. Fig. 1 der begleitenden Zeichnungen zeigt einen Gleichrichter LR, der ein solches Filter besitzt, welches eine Induktivität L und eine Kapazität 10 aufweist. Große Anforderungen werden an die Dämpfung von Spannungswelligkeit in Telefoniersysteme gestellt, zum Beispiel an die Stromversorgung von Telefonzentralen. Ein erlaubter Pegel für Frequenzen von etwa 1 KHz ist unter 1 mV.

Das bekannte und in Fig. 1 dargestellte Glättungsfilter ist ein passives Filter, in welcher die Induktivität L aus Drosseln und die Kapazität C aus Elektrolytkondensatoren bestehen.

Wenn die Grundwelle der Spannungswelligkeit die Frequenz fg besitzt, ist die Dämpfung des Filters

Wenn X_L sehr viel größer X_C, so wie es normalerweise der Fall ist, kann die Dämpfung näherungsweise als

ausgedrückt werden.

Als eine Regel haben die praktisch gebrauchten Filter einen wirkungsvollen Dämpfungseffekt auf die Grund welle ω_g der Spannungswelligkeit

d = ωg² LC » 1

und höhere Frequenzen, wobei die Dämpfung der Gleichspannung (ohmscher Spannungsabfall) vernachlässigbar ist.

Filter können eine oder mehrere LC-Stufen aufweisen.

Werte für einen Gleichrichter 48 V=400 A= sind als Beispiel gegeben: L=100 µH C=160 000 µF Grundfrequenz der Spannungswelligkeit fg=600 Hz.

Die folgende Beziehung gilt für diese Frequenz

X_L = 2 πf_g · L = 380 mΩ

während die Dämpfung

wird.

Die Komponenten eines Gleichrichterglättungsfilters, das bei Netzfrequenz arbeitet, sind sowohl groß als auch teuer. Insbesondere Spulen, die für große Gleichströme ausgelegt sind, sind sperrig, schwer und teuer. Zum Beispiel wiegt eine Spule für mehr als 400 A 25 kg und kostet etwa SEK 1500,--. Ein Gleichrichter benötigt zwei solcher Spulen, um die Anforderungen an die Spannungswelligkeit an seinem Ausgang zu erfüllen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein passives Gleichrichterglättungsfilter einer Konfiguration vorgeschlagen, die von dem bekannten in Fig. 1 gezeigten Filter abweicht. Das neue Filter weist eine beträchtliche verbesserte Dämpfung der Grundwelle ω_g der Welligkeit auf, während die Größen der Komponenten beibehalten werden.

Die Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß in dem Fall des in Fig. 1 gezeigten Glättungsfilters auf der Spulenwicklung L ein Punkt gefunden wird, an dem die Spannung der Wechselspannungskomponenten der Spannungswelligkeit mit der Frequenz ω_g relativ zu Erde gleich Null ist. Indem die Last an den vorher erwähnten Punkt angeschlossen wird, kann eine beträchtliche Verbesserung der Dämpfung der Grundwelle ω_g der Spannungswelligkeit erreicht werden.

Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gleichrichterglättungsfilter zu schaffen, welches eine viel bessere Dämpfung der Grundwelle der Spannungswelligkeit als vorher bekannte passive Glättungsfilter aufweist.

Zu diesem Zweck ist die Erfindung durch die Eigenschaften gekennzeichnet, die in den nachfolgenden Ansprüchen fortgesetzt sind.

Die Erfindung soll nun weiter detailliert unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltplan eines konventionellen passiven Glättungsfilters;

Fig. 2 ein Zeigerdiagramm der Spannung und des Stromes in dem in Fig. 1 gezeigten Filter;

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des bekannten Glättungsfilters, das zum Zweck der Klärung des erfinderischen Konzeptes im Detail dient;

Fig. 4a, 4b Diagramme verschiedener Spannungen des in Fig. 3 dargestellten Filters; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Glättungsfilters.

Wenn zuerst der in Fig. 1 dargestellte bekannte Schaltkreis betrachtet wird, ist es möglich, ein Drehzeigerdiagramm gemäß der Fig. 2 für eine Wechselspannungskomponente einer gegebenen Frequenz zu zeichnen. Die folgenden Beziehungen gelten für dieses Diagramm

falls ohmsche Spannungsabfälle vernachlässigt werden. Demgemäß ist die Kondensatorspannung U_C in Gegenphase mit U_in und U_L. In dem in Fig. 3 dargestellten Schaltplan ist das bekannte Glättungsfilter mit den Referenzzeichen bezeichnet, die in den Diagrammen der Fig. 4a, 4b benutzt werden. Die Nummer der Windungen der Drosselspule L ist mit N bezeichnet und die beiden Endpunkte der Spule sind jeweils mit A und B bezeichnet. Der Punkt K auf der Spule ist der Punkt, bei dem die Nummer der Wicklungen zu dem einen Endpunkt B n_k gleicht.

Wenn die Wechselspannung vom Punkt A in Fig. 3 zum Punkt B verfolgt wird, wird gefunden, daß diese Spannung linear von dem Wert U_in am Punkt A zu dem niedrigeren Wert U_C am Punkt B in Fig. 4a verläuft. Weil die Kapazität C zwischen B und Erde angeschlossen ist, fällt jedoch die Wechselspannung zum Punkt B wie in Fig. 4b ab, weil U_in und U_C entgegengesetzte Phasenlagen gemäß dem Drehzeigerdiagramm in Fig. 2 besitzen. Daher wird beim Vorhandensein einer Kapazität C ein Punkt K auf der Drosselspule gefunden, bei dem die Wechselspannung relativ zur Erde gleich Null ist.

Wenn der neue Anschlu8punkt, an dem Gleichspannung auf eine Last gegeben wird, am Punkt K anstatt am Punkt B wie im bekannten Glättungsfilter (Fig. 1, 3) plaziert wird, kann die Dämpfung der Grundwelle der Spannungswelligkeit stark verbessert werden, siehe den Schaltplan von Fig. 5, welcher ein Glättungsfilter zeigt, dessen Spulenwicklung in zwei Teile AK und KB eingeteilt ist, die eine Induktivität L₁ und L₂ haben. Die Last Z ist dazwischen an Erde und den Punkt K angeschlossen.

Die Gesamtzahl von Windungen der Drosselspule ist mit N bezeichnet und die Anzahl der Windungen des Drosselsabschnittes KN ist mit n_k in Fig. 5 bezeichnet. Die Position des Punktes K kann daher für die Frequenz ω_g nach Fig. 5 gemäß der folgende Beziehung bestimmt werden:

In der Praxis wird die Spannung am Punkt K nicht exakt gleich Null sein, aufgrund der ohmschen Spannungsverluste in den Drosselwindungen und anderen Dingen. In der Praxis wurde jedoch gefunden, daß die Wechselspannung U_k im Punkt K leicht auf das 0,1-fache von U_C gebracht werden kann.

Das erfindungsgemäße Filter erlaubt es, daß die Größe und Kosten der Komponenten beträchtlich reduziert werden.

Eine weitere Verbesserung gegenüber dem konventionellen Filter ist, daß der Wicklungsteil KB nicht für den Gleichstrom I=, sondern nur für den viel kleineren Wechselstromanteil I ausgelegt werden muß. Auf diese Weise wird eine größere Induktivität L mit einer gegebenen Kerngröße erreicht als mit dem konventionellen Schaltkreis.

Claims

1. Glättungsfilter für einen Gleichrichter mit einer daran angelegten Last (Z), welches eine Drossel mit einer gegebenen Nummer von Spulenwindungen N und einen Kondensator aufweist, wobei die Drossel zwei Anschlußpunkte (A, B) hat, von denen einer (A) an den einen Anschlußpunkt des Gleichrichters und der andere (B) an den Kondensator angeschlossen ist, und ein weiterer Anschlu8punkt (K) die Drosselspule in zwei Teile einteilt, wobei jeder Teil jeweils Spulenwicklungen (N-n_k) und n_k hat, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Anschlußpunkt (K) so gewählt ist, daß ist, wobei f_g die Frequenz der Grundwelle der pulsierenden Spannung ist, L die Gesamtinduktivität der Drossel ist und C die Kapazität des Kondensators ist; und dadurch daß die Last (Z) an den weiteren Anschlußpunkt (K) der Drosselspule angeschlossen ist.

2. Glättungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenteil der Drossel, der eine Anzahl von n_k Windungen hat, nur im Hinblick auf den Wechselanteil des Stromes vom Ausgang des Gleichrichters ausgelegt ist.