DE4017207A1 - Verbesserte einrichtung zur speisung eines verbraucherzweipols mit einem weitgehend oberschwingungsfreien und dennoch rasch veraenderbaren gleichstrom - Google Patents
Verbesserte einrichtung zur speisung eines verbraucherzweipols mit einem weitgehend oberschwingungsfreien und dennoch rasch veraenderbaren gleichstromInfo
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Description
In zahlreichen Anwendungen der modernen Technik stellt sich in
zunehmendem Maße die Aufgabe, im Rahmen von technischen Prozes
sen, und da insbesondere bei der Materialbearbeitung, elektri
sche Verbraucherzweipole, welche in der Regel Entladungsstrecken
sind, mit dynamisch eingeprägten, jedoch rasch veränderbarem
Gleichstrom zu versorgen. Lediglich als Beispiele hierfür seien
die Werkstoffbearbeitung mittels Funkenerosion, die Kathodenzer
stäubung von Metallen mit dem Plasma-Magnetron und die Speisung
von Blitzlampen für optsich gepumpte Laser genannt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bisher hauptsächlich die Schal
tungsanordnung nach Fig. 1, der sogenannte potentialverbindende
Gleichstrom-Tiefsetzsteller, eingesetzt.
Dort versorgt die Gleichspannungsquelle (1) die ihr nachgeschal
tete Anordnung, bestehend aus dem elektronischen Schaltelement
(2), der Freilaufdiode (3), der Glättungsdrossel (4) sowie dem
zu speisenden Verbraucherzweipol (5) mit der konstanten Spannung
U₀. Das beispielhaft als bipolarer Transistor ausgeführte elek
tronische Schaltelement (2) könnte ebenso mit Hilfe anderer lei
stungselektronischer Bauelemente, wie z. B. Feldeffekt-Transisto
ren, GTO-Thyristoren, IGBTs oder Static-Induction-Transistoren
realisiert werden.
Der genannte Transistor (2) wird nach dem Prinzip der Pulsbrei
tenmodulation mit einer festen Schaltfrequenz f=1/T betrieben,
wobei die Einschaltdauer TE dieses Transistors (2) von einer
übergeordneten Regelung derart vorgegeben wird, daß sich im
zeitlichen Mittel der gewünschte Strom iA durch den Verbraucher
zweipol (5) einstellt. Ein Funktionieren der Schaltung erfor
dert, daß die Spannung uv am Verbraucherzweipol kleiner ist als
die Spannung U₀ der Gleichspannungsquelle (1). In Fig. 2 ist der
Verlauf der an der Reihenschaltung aus Verbraucherzweipol (5)
und Glättungsdrossel (4) anliegenden Spannung ua jeweils für die
Einschaltdauer TE=0,1 T, TE=0,45 T und TE=0,8 T des
Transistors (2) wiedergegeben.
Bestimmt man den auf die Spannung U₀ bezogenen Effektivwert
UOS,eff/U₀ des in dieser Spannung ua enthaltenen Wechselanteils
in Abhängigkeit vom Aussteuergrad TE/T des Gleichstrom-Tiefsetz
stellers, so erhält man den in Fig. 3 dargestellten Verlauf.
Sehr häufig wird nun an die in Rede stehende Einrichtung die An
forderung gestellt, daß bei einer sprunghaften Änderung des Soll
werts für deren Ausgangssstrom dieser schnellstmöglich seinen neu
en Wert annimmt, um z. B. eine Pulsbarkeit dieses Ausgangsstroms
zu ermöglichen. Gleichzeitig wird meist aber noch gefordert, daß
die Schwankungsbreite des Ausgangsstroms bei konstantem Sollwert
möglichst gering ist. Sofern bei der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1 im Hinblick auf die gewünschte, schnelle Stromänderung
bei einem Sprung des Stromsollwertes die Induktivität der Glät
tungsdrossel (4) nur sehr klein dimensioniert werden kann, so
ist eine geringe Schwankungsbreite des Ausgangsstromes iA dort
nur über eine entsprechend hohe Schaltfrequenz f zu erreichen.
Angesichts der Eigenschaften der verwendeten leistungselektroni
schen Schaltelemente sind dieser Schaltfrequenz f aber nach oben
hin sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus technischen Gründen
deutliche Grenzen gesetzt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungsanordnung vor
gestellt, die trotz der begrenzten Schaltfrequenz ihrer einzel
nen leistungselektronischen Schaltelemente bei vorgegebener
maximal zulässiger Stromschwankungsbreite gegenüber der herkömm
lichen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eine erhebliche Verminde
rung der wirksamen Glättungsinduktivität zuläßt und infolgedes
sen sehr hohe Stromänderungsgeschwindigkeiten erlaubt.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung handelt es sich um eine
Anordnung, bei welcher an n (n=2, 3, . . .) voneinander poten
tialgetrennte Gleichspannungsquellen, die alle einen einheitli
chen Wert ihrer Ausgangsspannung aufweisen, jeweils ein Exemplar
von insgesamt n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspan
nungs-Tiefsetzstellern angeschlossen ist. Diese n gleichartigen
potentialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetzsteller werden
nach dem Prinzip der Pulsbreitenmodulation mit einer einheitlich
großen Taktperiodendauer T betrieben. Der erste Grundgedanke der
Erfindung besteht darin, daß die einheitlich langen Taktperioden
der genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspan
nungs-Tiefsetzsteller in symmetrischer Weise um 1/n der Taktpe
riodendauer T zeitlich gegeneinander versetzt werden und daß die
genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-
Tiefsetzsteller derart angesteuert werden, daß sich im elek
trisch eingeschwungenen Zustand bei jedem der n gleichartigen
potentialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetzsteller derselbe
Aussteuergrad, d. h. dasselbe Verhältnis von der jeweiligen Ein
schaltdauer TE zur Taktperiodendauer T ergibt.
In Reihe zu jedem dieser n gleichartigen potentialverbindenden
Gleichspannungs-Tiefsetzsteller ist jeweils eine Drossel geschal
tet, die im folgenden Speicherdrossel genannt wird. Diese Spei
cherdrossel ergänzt den jeweiligen potentialverbindenden Gleich
spannungs-Tiefsetzsteller zum sogenannten potentialverbindenden
Gleichstrom-Tiefsetzsteller.
Der zweite Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist der, daß
die so entstandenen n potentialverbindenden Gleichstrom-Tiefsetz
steller ausgangsseitig in Reihe geschaltet werden und daß der zu
speisende Verbraucherzweipol an diese Reihenschaltung der genann
ten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichstrom-Tiefsetz
steller angeschlossen wird.
Für den Fall n=5 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge
mäßen Einrichtung in Fig. 4 dargestellt. Die fünf voneinander
potentialgetrennten Gleichspannungsquellen (6) müssen dort bei
selbem Verbraucherzweipol (5) wie in Fig. 1 nur ein Fünftel der
Spannung U₀ der Spannungsquelle (1) in Fig. 1 aufweisen, um
dieselbe maximale Spannung uv am Verbraucherzweipol (5) wie bei
der Anordnung nach Fig. 1 herbeiführen zu können. Die diesen
fünf Gleichspannungsquellen (6) zugeordneten fünf Gleichspan
nungs-Teifsetzsteller (7) sind beispielhaft mit jeweils einem
bipolaren Leistungstransistor (2) und einer Freilaufdiode (3)
ausgeführt. Sie werden jeweils durch die Speicherdrossel (8) zum
potentialverbindenden Gleichstrom-Tiefsetzsteller (9) ergänzt.
Zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Ansteuerung der fünf
Gleichspannungs-Tiefsetzsteller in Fig. 4 sollen Fig. 5, Fig. 6
und Fig. 7 zu Hilfe genommen werden. Dort sind jeweils die zeit
lichen Verläufe der Spannungen ua1 . . . ua5 an den fünf Freilauf
dioden (3) der fünf Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) in
Fig. 4 sowie die Summe uA dieser Spannungen bei drei unter
schiedlichen Aussteuergraden TE/T aufgetragen. Es ist jeweils
der elektrisch eingeschwungene Zustand dargestellt.
In Fig. 5 sind die Verhältnisse für den Aussteuergrad TE/T=0,1
wiedergegeben. Die Spannungen ua1 bis ua5 haben demnach die
zeitlichen Verläufe von Rechteckpulsen der Amplitude 1/5 U₀, der
konstanten Frequenz f=1/T und der für alle fünf Verläufe
identischen Pulsbreite TE=0,1 · T. Die fünf Rechteckpulse sind
zeitlich äquidistant um jeweils T/5 versetzt. Die Summe uA
dieser Spannungen hat ebenfalls den Verlauf eines Rechteckpulses
der Amplitude 1/5 U₀, dessen Pulsfrequenz jedoch um den Faktor 5
größer ist als diejenige der Einzelspannungen ua1 . . . ua5.
In Fig. 6 sind die Verhältnisse für den Aussteuergrad
TE/T=0,45 dargestellt. Die Spannungen ua1 bis ua5 haben wieder
die zeitlichen Verläufe von gegeneinander zeitlich äquidistant
um jeweils T/5 versetzten Rechteckpulsen der Amplitude 1/5 U₀
und der konstanten Frequenz f=1/T. Die für alle fünf Recht
eckpulse einheitliche Pulsbreite beträgt TE=0,45 T. Die Summe
uA dieser Spannungen hat nun den Verlauf einer Gleichspannung
der Größe 0,4 U₀ mit einem überlagerten Rechteckpuls der Ampli
tude 1/5 U₀ und der Frequenz 5 f.
In Fig. 7 sind schließlich die Verhältnisse für den Aussteuer
grad TE/T=0,8 wiedergegeben. Die Spannungen ua1 bis ua5 über
lappen sich nun derart, daß deren Summe uA eine reine Gleich
spannung der Größe 0,8 U₀ ist.
Bestimmt man den auf die Spannung U₀ bezogenen Effektivwert
UOS,eff/U₀ der Summe aller Wechselanteile der bei der erfin
dungsgemäßen Anordnung nach Fig. 4 an der Reihenschaltung aus
Verbraucherzweipol (5) und den fünf Glättungsdrosseln (8)
anliegenden, resultierenden Spannung
im folgenden kurz als Ausgangsspannung uA bezeichnet, in Ab
hängigkeit des Aussteuergrades TE/T der fünf Gleichspannungs-
Tiefsetzsteller (7), so erhält man den in Fig. 8 wiedergegebenen
Verlauf. Vergleicht man nun Fig. 8 mit Fig. 3, so erkennt man,
daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 4 der maximale
Efektivwert des Wechselanteils der Ausgangsspannung uA ein Fünf
tel des maximalen Effektivwerts des Wechselanteils der Spannung
ua in der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 1 beträgt. Zudem
ist - bei selber Schaltfrequenz f des Gleichstrom-Tiefsetzsstel
lers in Fig. 1 und der fünf Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7)
in Fig. 4 - die Frequenz des Wechselanteils der Ausgangsspannung
uA bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 4 um den Faktor
5 größer als jene der Spannung ua bei der herkömmlichen Anord
nung gemäß Fig. 1.
Allgemein ist bei einer erfindungsgemäßen Anordnung aus n poten
tialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetzstellern der maximale
Effektivwert des Wechselanteils der Ausgangsspannung
um den Faktor n kleiner als bei der Ausgangsspan
nung ua einer vergleichbaren herkömmlichen Anordnung entspre
chend Fig. 1.
Es ist daher zulässig, die Induktivität der in Reihe zu den ge
nannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-
Tiefsetzstellern liegenden Speicherdrosseln erheblich kleiner zu
bemessen als dies üblich wäre, wenn diese Gleichspannungs-Tief
setzsteller nicht im Verbund, sondern getrennt betrieben würden.
Alternativ dazu können die vorgenannten Speicherdrosseln durch
einfache Leitungsstücke ersetzt werden und in die zum Verbrau
cher führende Verbindungsleitung nur eine einzelne Glättungs
drossel eingefügt werden. Die Induktivität dieser einen Glät
tungsdrossel kann dann erheblich kleiner bemessen werden als die
Induktivität der Glättungsdrossel (4) in der herkömmlichen
Anordnung nach Fig. 1.
Schließlich ist es auch noch möglich, die beiden vorgenannten
Maßnahmen an der erfindungsgemäßen Einrichtung gemeinsam zu rea
lisieren.
Ersetzt man im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die fünf Speicher
drosseln (8) durch einfache Leitungsstücke und fügt man in die
zum Verbraucherzweipol (5) führende Leitung eine einzelne Glät
tungsdrossel (10) ein, so erhält man das in Fig. 9 dargestellte
Ausführungsbeispiel. Die dort eingepfeilte Ausgangsspannung uA
ergibt sich aus der Überlagerung der fünf Spannungen ua1 . . . ua5
und hat somit bei erfindungsgemäßer Ansteuerung der fünf Gleich
spannungs-Tiefsetzsteller (7) die bereits in Fig. 5, Fig. 6 so
wie Fig. 7 dargestellten zeitlichen Verläufe. Bei selber Span
nung U₀ und selber Schaltfrequenz der Transistoren (2) sowie bei
selber maximal zulässiger Schwankungsbreite des Stromes durch
den Verbraucherzweipol (5) muß die Glättungsdrossel (10) der
erfindungsgemäßen Anordnung in Fig. 9 lediglich 1/25 der Induk
tivität der Glättungsdrossel (4) der herkömmlichen Anordnung
nach Fig. 1 aufweisen. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße
Anordnung nach Fig. 9 gegenüber der herkömmlichen Anordnung nach
Fig. 1 eine um den Faktor 25 größere Änderungsgeschwindigkeit
des Stromes durch den Verbraucherzweipol (5).
Die beschriebenen Überlegungen gelten allerdings nur dann, wenn
nicht durch ein unterschiedliches Verhalten der n Gleichspan
nungs-Tiefsetzsteller Unsymmetrien und damit Unterschwingungen
im Wechselanteil der Ausgangsspannung uA auftreten. Es ist daher
angebracht, die Festlegung der Fein- und Ausschaltzeitpunkte in
den n verschiedenen Ansteuerschaltungen der n Gleichspannungs-
Tiefsetzsteller außer über den momentan vorgeschriebenen Soll
wert des Aussteuergrades, also des Verhältnisses der gewünschten
Einschaltdauer TE zur Taktperiodendauer T zusätzlich noch im We
ge einer Vorsteuerung über die wichtigsten Kenngrößen, welche
den momentanen Zustand der einzelnen Gleichspannungs-Tiefsetz
steller kennzeichnen, vorzunehmen. Diese Kenngrößen können z. B.
der Ausgangsstrom, die Kühlkörpertemperatur jedes einzelnen
Gleichspannungs-Tiefsetzstellers, die mittlere Ausgangsspannung
oder andere, das Schaltverhalten der elektronischen Schaltelemen
te beeinflussende Parameter sein. Die genannte Vorsteuerung hat
derart zu erfolgen, daß die n Istwerte des Aussteuergrades, also
des sich tatsächlich einstellenden Verhältnisses der jeweiligen
Einschaltdauer zur Taktperiodendauer, im Verlauf und nach Ab
schluß eines Ausgleichsvorganges schnellst- und genauestmöglich
zumindest einem einheitlichen Wert zustreben, oder, vorzugswei
se, den für diesen Aussteuergrad einheitlich vorgeschriebenen
Sollwert annehmen.
Fig. 10 zeigt eine mögliche Ausführungsform für das soeben be
schriebene Verfahren. Beispielhaft ist links oben einer der fünf
Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) aus Fig. 9 dargestellt. Die
Ansteuerung der anderen vier Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7)
in Fig. 9 erfolgt entsprechend. Da die Speicherzeit eines bipo
laren Transistors stark von seiner Temperatur und vom abzuschal
tenden Strom abhängt, wird die Gehäusetemperatur δ des Transi
stors (2) mit einem geeigneten Temperatursensor (14) gemessen
und der Ausgangsstrom ia des Gleichspannungs-Tiefsetzstel
lers (7) über das Strommeßglied (15) erfaßt. Beide Meßgrößen
werden mit Hilfe der Analog-Digital-Wandler (16) in digitale
Werte umgesetzt. Zusammen mit dem digitalen Sollwert für den
Aussteuergrad TE,soll/T, der von einer übergeordneten Regel
einheit für alle fünf Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7)
einheitlich vorgegeben wird, werden die in digitaler Form
vorliegenden Meßwerte für Temperatur und Strom einer Funktions
einheit (17) zugeführt, welche aus diesen drei Eingangsgrößen
einen korrigierten Sollwert T*E,soll/T für den Aussteuergrad
bestimmt, der derart vom ursprünglichen Sollwert abweicht, daß
sich am Ausgang des Gleichspannungs-Tiefsetzstellers (7)
tatsächlich der gewünschte Aussteuergrad einstellt.
Da die dafür erforderlichen Berechnungen sehr schnell erfolgen
müssen, werden sie zweckmäßigerweise nur einmal vor der ersten
Inbetriebnahme für alle möglichen Kombinationen der Eingangs
größen durchgeführt und ihre Ergebnisse in einem elektronischen
Speicher in Form einer Tabelle abgelegt. Aus dieser werden sie
während des Betriebs der Anordnung bei Bedarf dann wieder
abgerufen.
s,'
s,'
Das Ansteuersignal für den Transistor (2) wird mit Hilfe des di
gitalen Vergleichers (18) und des Binärzählers (12) sowie der
Treiberschaltung (19) wie folgt erzeugt:
Eine Taktlogik (11) generiert fünf äquidistant gegeneinander ver
setzte Taktsignale Φ₁ . . . Φ₅ der Periodendauer T, die jeweils
einem der fünf Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) zugeordnet
sind. Dem Gleichspannungs-Tiefsetzsteller in Fig. 10 sei bei
spielsweise das Taktsignal Φ₃ zugeordnet. Mit der positiven
Flanke dieses Taktsignals wird der Zähler (12) auf den Zähler
stand null zurückgesetzt. Anschließend wird der Zählerstand mit
jeder positiven Flanke des im Oszillator (13) erzeugten Zähl
taktes CLK um eins inkrementiert. Die Frequenz dieses Zähltaktes
muß so gewählt sein, daß der Zählerstand innerhalb einer Perio
dendauer T des Taktsignals Φ₃ denjenigen Wert erreicht, welcher
einen Aussteuergrad TE/T=1 des Transistors (2) (dies bedeutet,
daß der Transistor (2) dauernd eingeschaltet ist) repräsentiert.
So lange der Zählerstand kleiner ist als der korrigierte Sollwert
für den Aussteuergrad T*E,soll/T, gibt der digitale Verglei
cher (18) ein Signal aus, welches den Transistor (2) in den
leitenden Zustand versetzt. Überschreitet der Zählerstand den
Wert des korrigierten Sollwerts für den Aussteuergrad T*E,soll/T,
so bewirkt das Ausgangssignal des Vergleichers (18), daß der
Transistor (2) ausgeschaltet wird.
Das vorstehend beschriebene Verfahren besitzt den üblichen
Nachteil einer Steuerung, daß nämlich eine fehlerhafte oder
unvollständige Erfassung der den Zustand der einzelnen Gleich
spannungs-Tiefsetzsteller (7) kennzeichnenden Größen, eine unzu
reichende Modellbildung bei der Bestimmung des korrigierten Soll
werts für den Aussteuergrad und Parameterdriften infolge Alte
rungserscheinungen der Bauelemente zu einer deutlichen Beein
trächtigung der Wirkung der geschilderten Vorsteuerung zur Kor
rektur der Istwerte für den Aussteuergrad führen können.
Bei einer weiteren Ausbildungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung werden daher die sich bei den einzelnen Gleich
spannungs-Tiefsetzstellern (7) tatsächlich einstellenden Ist
werte des Aussteuergrades, also des sich tatsächlich einstellen
den Verhältnisses der jeweiligen Einschaltdauer TE zur Taktperio
dendauer T, meßtechnisch erfaßt. Die Differenzen dieser Istwerte
zum momentan für diesen Aussteuergrad einheitlich vorgeschriebe
nen Sollwert nehmen dann bei der Festlegung der jeweiligen Ein-
und Ausschaltzeitpunkte im Wege einer Regelung derart korrigie
rend Einfluß, daß die n Istwerte des Aussteuergrades, also des
sich tatsächlich einstellenden Verhältnisses der jeweiligen Ein
schaltdauer zur Taktperiodendauer im Verlauf und nach Abschluß
eines Ausgleichsvorganges schnellst- und genauestmöglich zumin
dest einem einheitlichen Wert zustreben oder, vorzugsweise, den
für diesen Aussteuergrad einheitlich vorgeschriebenen Sollwert
annehmen.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 11 wiedergegeben.
Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist beispielhaft ledig
lich der dritte der fünf Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) aus
Fig. 9 dargestellt; die Ansteuerung der anderen vier Gleichspan
nungs-Tiefsetzsteller (7) erfolgt entsprechend. Mit Hilfe der
Funktionseinheit (20) wird der Istwert TE,ist der Pulsdauer des
am Ausgang dieses Gleichspannungs-Tiefsetzstellers (7) anliegen
den Spannungspulses ua3 erfaßt, auf die Periodendauer T bezogen
und in digitaler Form als Istwert TE,ist/T des Aussteuergrades
dieses Gleichspannungs-Tiefsetzstellers ausgegeben. Dieser wird
gemeinsam mit dem ebenfalls in digitaler Form vorliegenden
Sollwert TE,soll/T für den Ausssteuergrad der fünf Gleich
spannungs-Tiefsetzsteller einem Funktionsblock (21) zugeführt,
welcher aus Soll- und Istwert des Aussteuergrades mittels eines
geeigneten Regelalgorithmus einen modifizierten Sollwert
T*E,soll/T für den Aussteuergrad dieses Gleichspannungs-Tief
setzstellers (7) derart berechnet, daß sich am Ausgang dieses
Gleichspannungs-Tiefsetzstellers (7) im eingeschwungenen Zustand
tatsächlich der gewünschte Aussteuergrad einstellt. Dieser
modifizierte Sollwert wird dem nachfolgenden Schaltungsteil zur
Erzeugung des Ansteuersignals für den Transistor (2) zugeführt,
welcher mit dem entsprechenden Teil des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 10 übereinstimmt.
Mit dem soeben vorgestellten Verfahren der Regelung des Aus
steuergrades der in der erfindungsgemäßen Einrichtung enthal
tenen Gleichspannungs-Tiefsetzsteller gelingt es, im einge
schwungenen Zustand den Einfluß aller den Aussteuergrad beein
flussenden Störgrößen auszuregeln. Allerdings ist bei einem
Sprung im Sollwert für den Aussteuergrad eine gewisse Zeit er
forderlich, bis dieser eingeschwungene Zustand erreicht wird. Da
ein solches Einschwingverhalten störend sein kann, sieht eine
weitere Ausbildung der Erfindung vor, daß in ihr sowohl die be
reits beschriebene Vorsteuerung des Aussteuergrades als auch die
soeben beschriebene Regelung des Aussteuergrades gemeinsam
realisiert sind.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 entsteht durch Kombination
des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 mit demjenigen nach
Fig. 11. Die Ausgangsgröße des den Regelalgorithmus ausführenden
Funktionsblockes (21) wird dem Funktionsblock (17) zugeführt
und dort gemeinsam mit den Werten für die Temperatur δ des
elektronischen Schaltelements (2) und den Ausgangsstrom ia des
Gleichspannungs-Tiefsetzstellers (7) sowie dem Sollwert für den
Aussteuergrad zur Bildung des bereits beschriebenen modifizier
ten Sollwerts T*E,soll/T herangezogen.
Oft ist es erforderlich, für die als elektronische Schaltelemen
te zum Einsatz kommenden Leistungstransistoren eine Mindest-Ein
schaltdauer einzuhalten. Für noch kleinere Zeiten dürfen diese
Transistoren also nicht im eingeschalteten Zustand verharren.
Eine derartige Mindest-Einschaltdauer ist beispielsweise dann
erforderlich, wenn die in Rede stehenden Transistoren mit einer
Ausschaltentlastung versehen sind. Sie kann durchaus im Bereich
der angestrebten Taktperiodendauer T der einzelnen Gleichspan
nungs-Tiefsetzsteller liegen und daher bei dem beschriebenen Ein
satzfall störend oder für diesen sogar prohibitiv sein.
Um diese Problematik zu umgehen, sieht eine weitere Ausbildung
der Erfindung vor, daß die in den n Gleichspannungs-Tiefsetzstel
lern eingesetzten n elektronischen Schalteinheiten jeweils als
Reihenschaltung zweier elektronischer Schalter ausgeführt sind.
Bei jeder Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Einrichtung wird
in jeder dieser als Reihenschaltung zweier elektronischer Schal
ter ausgeführten elektronischen Schalteinheiten vorab einer der
beiden darin enthaltenen elektronischen Schalter mindestens für
die Dauer T einer Taktperiode eingeschaltet. Anschließend wird
ein von einer einzelnen elektronischen Schalteinheit verlangtes
Einschalten dadurch vollzogen, daß jener der in ihr enthaltenen
elektronischen Schalter eingeschaltet wird, der momentan noch
nicht eingeschaltet ist.
Ein von einer einzelnen elektronischen Schalteinheit verlangtes
Ausschalten wird dann dadurch erreicht, daß jeweils derjenige
der in ihr enthaltenen elektronischen Schalter ausgeschaltet
wird, dessen letztes Einschalten jeweils länger zurückliegt.
Durch diese Vorgehensweise ergibt sich für alle elektronischen
Schalter der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Mindestdauer
ihrer Einschaltintervalle in Höhe der Taktperiodendauer T, so
fern sichergestellt ist, daß von jeder der n elektronischen
Schalteinheiten nur einmal pro Taktperiode ein Ausschalten
verlangt wird.
Dies soll an Hand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung noch
näher erläutert werden. Die fünf Gleichspannungs-Tiefsetzstel
ler (7) in Fig. 9 werden dazu wie in Fig. 13 dargestellt ausge
führt. An Stelle der einzelnen Transistoren (2) in Fig. 9 ist die
aus der Reihenschaltung der beiden Transistoren (22) und (23)
bestehende elektronische Schalteinheit (24) getreten. Die
Transistoren können nun jeweils mit einer Ausschaltentlastung
versehen sein, die in Fig. 13 aber aus Gründen der Übersicht
lichkeit nicht eingezeichnet ist.
Zur Verdeutlichung des Steuerverfahrens dient Fig. 14, in der
die zeitlichen Verläufe der Schaltzustände der Transistoren (22)
und (23) sowie der Verlauf der Ausgangsspannung ua wiedergegeben
sind.
Zum Zeitpunkt t=0 sei der Transistor (22) für mindestens die
Dauer einer Taktperiode T eingeschaltet gewesen; der Transi
stor (23) befinde sich in seinem ausgeschalteten Zustand. Eine
Ansteuerelektronik, die z. B. gemäß Fig. 12 aufgebaut sein kann,
verlangt zu diesem Zeitpunkt ein Einschalten der elektronischen
Schalteinheit (24). Dem wird dadurch nachgekommen, daß zusätz
lich zum bereits eingeschalteten Transistor (22) der Transistor
(23) eingeschaltet wird.
Zum Zeitpunkt t=TE werde ein Ausschalten der Schalteinheit
(24) befohlen. Dazu wird nun derjenige Transistor ausgeschaltet,
der bereits länger im eingeschalteten Zustand verharrte, also
der Transistor (22). Das nächste Einschalten zum Zeitpunkt
t=T wird dadurch bewirkt, daß dieser Transistor (22) wieder
eingeschaltet wird. Das darauffolgende Ausschalten der Schalt
einheit (24) wird durch Ausschalten des Transistors (23) er
reicht, der zu diesem Zeitpunkt bereits mehr als eine volle
Taktperiodendauer T im leitenden Zustand war. Ab dem Zeitpunkt
t=2 T wiederholt sich die vorstehend beschriebene Reihenfolge
in zyklischer Weise. Die Einschaltdauer der beiden Transistoren
(22) und (23) liegt je nach Aussteuergrad des Tiefsetzstel
lers (9) zwischen der Periodendauer T und der doppelten Perioden
dauer 2 T. Somit ist eine Mindest-Einschaltdauer der Transi
storen in Höhe der vollen Periodendauer garantiert.
Aber auch unter diesen Umständen fällt es häufig noch schwer,
einen Transistor, der soeben mit hohem Ausräumfaktor ausgeschal
tet wurde, kurz darauf wieder einzuschalten. In solchen Fällen
ist es angezeigt, den einzelnen Schaltelementen der erfindungs
gemäßen Einrichtung sowohl eine Mindest-Einschaltdauer als auch
eine Mindest-Ausschaltdauer zu gewährleisten. Dies wird durch
eine weitere Ausbildung der Erfindung möglich, bei der die in
den n Gleichspannungs-Tiefsetzstellern eingesetzten n elektro
nischen Schalteinheiten jeweils als Brückenschaltung von vier
elektronischen Schaltern ausgeführt sind.
Bei jeder Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Einrichtung wird
vorab innerhalb jeder dieser als Brückenschaltung von vier elek
tronischen Schaltern ausgeführten elektronischen Schalteinheiten
in jedem der beiden darin enthaltenen Brückenzweige einer der
beiden dort in Reihe geschalteten elektronischen Schalter min
destens für die Dauer T einer Taktperiode eingeschaltet. An
schließend erfolgt jeweils das erste von einer dieser elektroni
schen Schalteinheiten verlangte Einschalten durch das Einschal
ten eines der beiden in ihr enthaltenen elektronischen Schalter,
welche bis dahin noch nicht eingeschaltet waren.
Ein darauffolgend von einer einzelnen, eingeschalteten elektroni
schen Schalteinheit verlangtes Ausschalten wird jeweils durch
das Ausschalten jenes in ihr enthaltenen, momentan noch einge
schalteten elektronischen Schalters vollzogen, der Bestandteil
des bis dahin leitenden Brückenzweiges ist und der von den
beiden in diesem Brückenzweig enthaltenen elektronischen
Schaltern derjenige ist, dessen letztes Einschalten jeweils
länger zurückliegt.
Ein darauffolgend von einer einzelnen, ausgeschalteten elektro
nischen Schalteinheit verlangtes Einschalten wird jeweils durch
das Einschalten jenes in ihr enthaltenen, momentan noch ausge
schalteten elektronischen Schalters vollzogen, der Bestandteil
desjenigen der beiden Brückenzweige ist, bei welchem der Zustand
des Leitens jeweils länger zurückliegt. Durch die geschilderte
Vorgehensweise ergibt sich für alle elektronischen Schalter der
erfindungsgemäßen Einrichtung eine Mindestdauer ihrer Ein- und
Ausschaltintervalle von der Länge einer Taktperiodendauer.
Ersetzt man die fünf Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) in
Fig. 9 jeweils durch die in Fig. 15 dargestellte Anordnung, so
erhält man ein Beispiel für die soeben beschriebene Ausführungs
form der Erfindung. An Stelle der einzelnen Transistoren (2) in
Fig. 9 ist die aus den Transistoren (25), (26), (27) und (28)
gebildete elektronische Schalteinheit (29) getreten. Zur
Verdeutlichung des Steuerverfahrens wurde Fig. 16 herangezogen,
in der die zeitlichen Verläufe der Schaltzustände der
Transistoren (25), (26), (27) und (28) sowie der Verlauf der
Ausgangsspannung ua wiedergegeben sind.
Zum Zeitpunkt t=0 seien der Transistor (25) für die Dauer
von mindestens zwei Taktperioden T und der Transistor (27) für
die Dauer von mindestens einer Taktperiode T eingeschaltet
gewesen; der Transistor (26) sei zum selben Zeitpunkt für
mindestens die Dauer einer Taktperiode T ausgeschaltet gewesen.
Eine Ansteuerelektronik verlangt zu diesem Zeitpunkt t=0 nun
ein Einschalten der elektronischen Schalteinheit (29). Dem wird
dadurch nachgekommen, daß der aus den Transistoren (25) und (26)
gebildete obere Brückenzweig durch ein Einschalten des bis dahin
noch nicht leitenden Transistors (26) durchgeschaltet wird.
Das zum Zeitpunkt t=TE befohlene Abschalten der elektroni
schen Schalteinheit (29) wird durch ein Abschalten des Transi
stors (25) vollzogen, da jener dem bis dahin leitenden Brücken
zweig angehört und bereits länger im leitenden Zustand war als
der Transistor (26) aus demselben Brückenzweig.
Das nächste Einschalten zum Zeitpunkt t=T wird durch ein Ein
schalten des Transistors (28) und damit das Einschalten des aus
den Transistoren (27) und (28) gebildeten unteren Brückenzweiges
bewirkt.
Das darauffolgende Abschalten wird durch ein Abschalten des
Transistors (27) durchgeführt, der dem bis dahin leitenden
unteren Brückenzweig angehört und sich in diesem für die längere
Zeitdauer im eingeschalteten Zustand befand.
Im anschließenden Zeitintervall 2 Tt<3 T werden Schalthand
lungen wieder nur in dem aus den Transistoren (25) und (26) ge
bildeten Brückenzweig vorgenommen, während im darauffolgenden
Zeitintervall 3 Tt<4 T erneut der untere Brückenzweig für
Schalthandlungen herangezogen wird. Ab dem Zeitpunkt t=4 T
wiederholt sich der beschriebene Ablauf in zyklischer Weise.
Die Einschaltdauer der Transistoren (25), (26), (27) und (28)
ist bei dem soeben geschilderten, erfindungsgemäßen Verfahren
stets mindestens so lang, wie die doppelte Dauer einer Takt
periode T, während die Ausschaltdauer der genannten Transistoren
stets mindestens eine volle Taktperiodendauer T beträgt. Wunsch
gemäß ist also sowohl eine Mindest-Einschaltdauer als auch eine
Mindest-Ausschaltdauer gewährleistet.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung erhält man, wenn man die
in den bisherigen Ausbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung
enthaltenen n potentialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetzstel
ler entfernt und durch n gleichartige, potentialtrennende Gleich
spannungssteller ersetzt.
Ein an Fig. 9 angelehntes Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 17.
Die fünf ausgangsseitig in Serie geschalteten potentialtren
nenden Gleichspannungssteller sind jeweils als Vierpol (30) mit
einem stilisierten Übertrager dargestellt. Letzterer soll die im
Gleichspannungssteller erfolgende Potentialtrennung andeuten.
In der zuletzt beschriebenen Ausbildung der Erfindung erfolgt
die Potentialtrennung in den einzelnen Gleichspannungsstellern.
Eine Potentialtrennung der zur Versorgung der n Gleichspannungs
steller eingesetzten n Gleichspannungsquellen ist dabei also
nicht mehr erforderlich.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht daher vor, die in
der zuletzt beschriebenen Ausbildungsform enthaltenen n vonein
ander potentialgetrennten Gleichspannungsquellen zu einer gemein
samen Gleichspannungsquelle zusammenzufassen.
Ein aus dem Beispiel in Fig. 17 hervorgegangenes Ausführungsbei
spiel hierfür zeigt Fig. 18. An die Stelle der fünf voneinander
potentialgetrennten Spannungsquellen (6) ist eine einzelne Span
nungsquelle (31) getreten.
Eine letzte Ausbildung der Erfindung entsteht schließlich da
durch, daß die in den beiden letztgenannten Ausbildungsformen
enthaltenen n potentialtrennenden Gleichspannungssteller aus
jeweils zwei gleichartigen Teilmodulen zusammengesetzt werden.
Bei diesen beiden gleichartigen Teilmodulen handelt es sich je
weils um einen potentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurchfluß
steller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung, dessen Transfor
mator mit monolarem Induktionshub betrieben wird und ausgangs
seitig mit einem Einweggleichrichter versehen ist.
Die genannten beiden potentialtrennenden Eintakt-Gleichstrom
durchflußsteller werden eingangsseitig parallel und ausgangs
seitig ebenfalls parallel oder, vorzugsweise, in Serie
geschaltet. Die Ansteuerung der jeweils zwei zu einem Gleich
spannungssteller zusammengefaßten potentialtrennenden
Eintakt-Durchflußsteller erfolgt um eine Taktperiodendauer T
zeitlich gegeneinander versetzt. Die beiden elektronischen
Schalter, welche in jeweils einem der potentialtrennenden
Eintakt-Gleichstromdurchflußsteller in asymmetrischer Halb
brückenschaltung enthalten sind, werden, zumindest im einge
schwungenen Zustand, in kontinuierlicher Folge für die Dauer von
ca. 80% der Taktperiodendauer T eingeschaltet und anschließend
für die Dauer von etwa 120% der Taktperiode ausgeschaltet.
Schlüsselgedanke der in Rede stehenden Ausbildung der Erfindung
ist nun, daß die Dauer der durch das gerade beschriebene Ein-
und Ausschalten der beiden elektronischen Schalter eines Gleich
stromdurchflußstellers an dessen Ausgang entstehenden Spannungs
pulse dadurch auf den gewünschten Wert eingestellt wird, daß die
Ein- und damit auch die Ausschaltzeitpunkte der beiden in Rede
stehenden elektronischen Schalter um deren Verweildauer im ein
geschalteten Zustand, abzüglich der gewünschten Dauer der
Spannungspulse, gegeneinander versetzt werden.
Als Ausführungsbeispiel hierzu zeigt Fig. 19 einen von insgesamt
fünf potentialtrennenden Gleichspannungsstellern, die erfindungs
gemäß wie in Fig. 18 dargestellt im Verbund betrieben werden und
dort mit der Ziffer (30) gekennzeichnet sind. Die beiden Ein
takt-Gleichstromdurchflußsteller (32) und (33) bestehen jeweils
aus einer aus den Transistoren (34) und (35) sowie aus den Rück
speisedioden (36) und (37) gebildeten asymmetrischen Halbbrücke,
dem Transformator (38) und dem ausgangsseitigen Einweggleichrich
ter, der aus den Dioden (39) und (40) zusammengesetzt ist. Die
beiden Eintakt-Gleichstromdurchflußsteller sind eingangsseitig
parallel und ausgangsseitig in Serie geschaltet. Die ausgangs
seitige Serienschaltung wird gegenüber der ebenfalls möglichen
Parallelschaltung bevorzugt, da bei der erstgenannten die Sperr
spannungsbeanspruchung der Dioden (39) nur halb so groß ist, wie
bei der letztgenannten.
Die zeitlichen Verläufe der Ausgangsspannung ua sind in Fig. 20
für den Fall der Vollaussteuerung wiedergegeben. Die beiden
Transistoren (34) und (35) jedes einzelnen Eintakt-Durchfluß
stellers werden gleichzeitig eingeschaltet und nach der
0,8fachen Taktperiodendauer wieder ausgeschaltet. Anschließend
verbleiben sie für die 1,2fache Taktperiodendauer im ausgeschal
teten Zustand. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch.
Während die beiden Transistoren eines Eintakt-Durchflußstellers
leitend sind, steht an dessen Ausgang die mit dem Übertragungs
verhältnis ü des Transformators (38) übersetzte Eingangsspannung
ü · Ue an. Gleichzeitig wird im Transformator (38) eine
magnetische Induktion aufgebaut.
In der anschließenden Phase, während der die beiden Transistoren
eines Eintakt-Durchflußstellers sich im ausgeschalteten Zustand
befinden, wird diese magnetische Induktion wieder abgebaut. Um
sicherzustellen, daß dies restlos geschieht und um somit zu
verhindern, daß der Transformator (38) immer weiter aufmagne
tisiert wird, ist es erforderlich, die Dauer, während der die
beiden Transistoren (34) und (35) ausgeschaltet sind, etwa
eineinhalbmal so groß zu wählen wie jene, während der die
Transistoren eingeschalatet sind. Bei Vollaussteuerung wäre also
bei Verwendung von nur einem Eintakt-Durchflußsteller als
Gleichspannungssteller (30) der Aussteuergrad auf lediglich 40%
limitiert.
Daher werden in der erfindungsgemäßen Anordnung zwei Eintakt-
Durchflußsteller im Gegentakt beschrieben, d. h. um eine
Taktperiodendauer T gegeneinander versetzt angesteuert, und zu
einem Gleichspannungsstellermodul (30) zusammengefaßt. Bei
Vollaussteuerung beträgt der Aussteuergrad des beschriebenen
Gleichspannungsstellermoduls dann 80%.
Für eine Reduzierung des Aussteuergrades der Ausgangsspannung ua
der beschriebenen Anordnung werden die Schaltmuster der einzel
nen Transistoren beibehalten, die Einschaltzeitpunkte der beiden
zum selben Eintakt-Gleichstromdurchflußsteller gehörenden Transi
storen (34) und (35) jedoch um die Zeitdauer TV gegeneinander
verschoben. Die Zeitdauer TV wird so gewählt wie die maximale
Pulsdauer bei Vollaussteuerung abzüglich der gewünschten Puls
dauer der Ausgangsspannung ua.
In Fig. 21 sind die Verhältnisse für einen Aussteuergrad von
30% dargestellt. Da der maximale Aussteuergrad beim vorgestell
ten Beispiel 80% beträgt, müssen dazu die Einschaltzeitpunkte
der beiden zu jeweils einem Eintakt-Durchflußsteller gehörenden
Transistoren um TV=0,5 T gegeneinander verschoben sein.
Die zuletzt vorgestellte Einrichtung weist den Vorzug auf, daß
alle in ihr enthaltenen elektronischen Schalter stets für die
gleiche Zeitdauer eingeschaltet werden und somit eine Mindest-
Einschaltdauer garantierbar ist.
Claims (10)
1. Verbesserte Einrichtung zur Speisung eines Verbraucherzwei
pols (5) mit einem weitgehend oberschwingungsfreien und den
noch rasch veränderbaren Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet,
daß an n (n=2, 3, . . .) voneinander potentialgetrennte Gleich spannungsquellen (6) jeweils ein Exemplar von insgesamt n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tief setzstellern (7) angeschlossen ist und
daß die n voneinander potentialgetrennten Gleichspannungsquellen (6) alle einen einheitlichen Wert ihrer Ausgangsspannung aufweisen und
daß die genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleich spannungs-Tiefsetzsteller (7) nach dem Prinzip der Pulsbrei tenmodulation mit einer einheitlich großen Taktperiodendauer T betrieben werden und
daß die einheitlich langen Taktperioden der genannten n gleich artigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetzstel ler (7) in symmetrischer Weise um 1/n der Taktperiodendauer T zeitlich gegeneinander versetzt werden und
daß die genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleich spannungs-Tiefsetzsteller (7) derart angesteuert werden, daß sich im elektrisch eingeschwungenen Zustand bei jedem der n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetz steller (7) derselbe Aussteuergrad, also dasselbe Verhältnis von der jeweiligen Einschaltdauer TE zur Taktperiodendauer T ergibt und
daß in Reihe zu jedem dieser n gleichartigen potentialverbinden den Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) jeweils eine Drossel (8), im folgenden Speicherdrossel genannt, geschaltet ist, die den jeweiligen potentialverbindenden Gleichspan nungs-Tiefsetzsteller (7) zum sogenannten potentialverbin denden Gleichstrom-Tiefsetzsteller (9) ergänzt und
daß die so entstandenen n gleichartigen potentialverbindenden Gleichstrom-Tiefsetzsteller (9) ausgangsseitig in Reihe ge schaltet sind und
daß der zu speisende Verbraucherzweipol (5) an diese Reihenschal tung der genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichstrom-Tiefsetzsteller (9) angeschlossen ist.
daß an n (n=2, 3, . . .) voneinander potentialgetrennte Gleich spannungsquellen (6) jeweils ein Exemplar von insgesamt n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tief setzstellern (7) angeschlossen ist und
daß die n voneinander potentialgetrennten Gleichspannungsquellen (6) alle einen einheitlichen Wert ihrer Ausgangsspannung aufweisen und
daß die genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleich spannungs-Tiefsetzsteller (7) nach dem Prinzip der Pulsbrei tenmodulation mit einer einheitlich großen Taktperiodendauer T betrieben werden und
daß die einheitlich langen Taktperioden der genannten n gleich artigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetzstel ler (7) in symmetrischer Weise um 1/n der Taktperiodendauer T zeitlich gegeneinander versetzt werden und
daß die genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleich spannungs-Tiefsetzsteller (7) derart angesteuert werden, daß sich im elektrisch eingeschwungenen Zustand bei jedem der n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tiefsetz steller (7) derselbe Aussteuergrad, also dasselbe Verhältnis von der jeweiligen Einschaltdauer TE zur Taktperiodendauer T ergibt und
daß in Reihe zu jedem dieser n gleichartigen potentialverbinden den Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) jeweils eine Drossel (8), im folgenden Speicherdrossel genannt, geschaltet ist, die den jeweiligen potentialverbindenden Gleichspan nungs-Tiefsetzsteller (7) zum sogenannten potentialverbin denden Gleichstrom-Tiefsetzsteller (9) ergänzt und
daß die so entstandenen n gleichartigen potentialverbindenden Gleichstrom-Tiefsetzsteller (9) ausgangsseitig in Reihe ge schaltet sind und
daß der zu speisende Verbraucherzweipol (5) an diese Reihenschal tung der genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichstrom-Tiefsetzsteller (9) angeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß entweder die Induktivität der in Reihe zu den genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tief setzstellern (7) liegenden Speicherdrosseln (8) erheblich kleiner bemessen wird als dies üblich wäre, wenn diese Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) nicht im Verbund, son dern getrennt betrieben würden, oder
daß die vorgenannten Speicherdrosseln (8) durch einfache Lei tungsstücke ersetzt werden, und daß in die zum Verbraucher zweipol (5) führende Verbindungsleitung nur eine Glättungs drossel (10) eingefügt wird, oder
daß die beiden vorgenannten Maßnahmen an der erfindungsgemäßen Einrichtung gemeinsam realisiert werden.
daß entweder die Induktivität der in Reihe zu den genannten n gleichartigen potentialverbindenden Gleichspannungs-Tief setzstellern (7) liegenden Speicherdrosseln (8) erheblich kleiner bemessen wird als dies üblich wäre, wenn diese Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) nicht im Verbund, son dern getrennt betrieben würden, oder
daß die vorgenannten Speicherdrosseln (8) durch einfache Lei tungsstücke ersetzt werden, und daß in die zum Verbraucher zweipol (5) führende Verbindungsleitung nur eine Glättungs drossel (10) eingefügt wird, oder
daß die beiden vorgenannten Maßnahmen an der erfindungsgemäßen Einrichtung gemeinsam realisiert werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Festlegung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte in den n ver
schiedenen Ansteuerschaltungen der n Gleichspannungs-
Tiefsetzsteller (7) außer über den momentan vorgeschriebenen
Sollwert des Aussteuergrades, also das Verhältnis der ge
wünschten Einschaltdauer TE zur Taktperiodendauer T zu
sätzlich noch im Wege einer Vorsteuerung über die wichtig
sten Kenngrößen, welche den momentanen Zustand der einzelnen
Gleichspannungs-Tiefsetzsteller kennzeichnen, wie z. B. Aus
gangsstrom, Kühlkörpertemperatur oder mittlere Ausgangsspan
nung, derart erfolgt, daß die n Istwerte des Aussteuergra
des, also des sich tatsächlich einstellenden Verhältnisses
der jeweiligen Einschaltdauer zur Taktperiodendauer im Ver
lauf und nach Abschluß eines Ausgleichsvorganges schnellst-
und genauestmöglich zumindest einem einheitlichen Wert
zustreben oder, vorzugsweise, den für diesen Aussteuergrad
einheitlich vorgeschriebenen Sollwert annehmen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die sich bei den einzelnen Gleichspannungs-Tiefsetzstellern
(7) tatsächlich einstellenden Istwerte des Aussteuergrades,
also des sich tatsächlich einstellenden Verhältnisses der je
weiligen Einschaltdauer zur Taktperiodendauer erfaßt und de
ren Differenzen zum momentan für diesen Aussteuergrad ein
heitlich vorgeschriebenen Sollwert bei der Festlegung der je
weiligen Ein- und Ausschaltzeitpunkte im Wege einer Regelung
derart korrigierend Einfluß nehmen, daß die n Istwerte des
Aussteuergrades, also des sich tatsächlich einstellenden
Verhältnissen der jeweiligen Einschaltdauer zur Taktperioden
dauer im Verlauf und nach Abschluß eines Ausgleichsvorganges
schnellst- und genauestmöglich zumindest einem einheitlichen
Wert zustreben oder, vorzugsweise, den für diesen Aussteuer
grad einheitlich vorgeschriebenen Sollwert annehmen.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in ihr sowohl die in Anspruch 3 beschriebene Vorsteuerung
des Aussteuergrades zumindest auf einen einheitlichen Wert
oder, vorzugsweise, auf den für diesen Aussteuergrad ein
heitlich vorgeschriebenen Sollwert als auch die in Anspruch 4
beschriebene Regelung des Aussteuergrades zumindest auf
einen einheitlichen Wert oder, vorzugsweise, auf den für
diesen Aussteuergrad einheitlich vorgeschriebenen Sollwert
gemeinsam realisiert sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet,
daß die in den n Gleichspannungs-Tiefsetzstellern (7) eingesetz ten n elektronischen Schalteinheiten (2) jeweils als Reihen schaltung von zwei elektronischen Schaltern ausgeführt sind und
daß in jeder dieser als Reihenschaltung von zwei elektronischen Schaltern ausgeführten elektronischen Schalteinheiten (24) vorab einer der beiden darin enthaltenen elektronischen Schalter mindestens für die Dauer T einer Taktperiode eingeschaltet wird und
daß ein von einer einzelnen elektronischen Schalteinheit (24) verlangtes Einschalten jeweils durch das Einschalten jenes in ihr enthaltenen elektronischen Schalters vollzogen wird, der momentan noch weit eingeschaltet ist und
daß ein von einer einzelnen elektronischen Schalteinheit verlang tes Ausschalten jeweils durch das Ausschalten jenes der bei den in ihr enthaltenen elektronischen Schalter vollzogen wird, dessen letztes Einschalten jeweils länger zurückliegt, wodurch sich für alle elektronischen Schalter der erfindungs gemäßen Einrichtung eine Mindestdauer ihrer Einschaltinter valle von der Länge einer Taktperiodendauer ergibt.
daß die in den n Gleichspannungs-Tiefsetzstellern (7) eingesetz ten n elektronischen Schalteinheiten (2) jeweils als Reihen schaltung von zwei elektronischen Schaltern ausgeführt sind und
daß in jeder dieser als Reihenschaltung von zwei elektronischen Schaltern ausgeführten elektronischen Schalteinheiten (24) vorab einer der beiden darin enthaltenen elektronischen Schalter mindestens für die Dauer T einer Taktperiode eingeschaltet wird und
daß ein von einer einzelnen elektronischen Schalteinheit (24) verlangtes Einschalten jeweils durch das Einschalten jenes in ihr enthaltenen elektronischen Schalters vollzogen wird, der momentan noch weit eingeschaltet ist und
daß ein von einer einzelnen elektronischen Schalteinheit verlang tes Ausschalten jeweils durch das Ausschalten jenes der bei den in ihr enthaltenen elektronischen Schalter vollzogen wird, dessen letztes Einschalten jeweils länger zurückliegt, wodurch sich für alle elektronischen Schalter der erfindungs gemäßen Einrichtung eine Mindestdauer ihrer Einschaltinter valle von der Länge einer Taktperiodendauer ergibt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die in den n Gleichspannungs-Tiefsetzstellern (7) eingesetz ten n elektronischen Schalteinheiten (2) jeweils als Brüc kenschaltung von vier elektronischen Schaltern ausgeführt sind und
daß innerhalb jeder dieser als Brückenschaltung von vier elek tronischen Schaltern ausgeführten elektronischen Schaltein heiten (29) vorab in jedem der beiden darin enthaltenen Brückenzweige einer der beiden dort in Reihe geschalteten elektronischen Schalter mindestens für die Dauer T einer Taktperiode eingeschaltet wird und
daß dann jeweils das erste von einer dieser elektronischen Schalteinheiten (29) verlangte Einschalten durch das Ein schalten eines der beiden in ihr enthaltenen elektronischen Schalter erfolgt, die bis dahin noch nicht eingeschaltet waren und
daß anschließend ein von einer einzelnen, eingeschalteten elek tronischen Schalteinheit (29) verlangtes Ausschalten jeweils durch das Ausschalten jenes in ihr enthaltenen, momentan noch eingeschalteten elektronischen Schalters vollzogen wird, der Bestandteil des bis dahin leitenden Brücken zweiges ist und der von den beiden in diesem Brückenzweig enthaltenen elektronischen Schaltern derjenige ist, dessen letztes Einschalten jweweils länger zurückliegt und
daß anschließend ein von einer einzelnen, ausgeschalteten elek tronischen Schalteinheit (29) verlangtes Einschalten jeweils durch das Einschalten jenes in ihr enthaltenen momentan noch ausgeschalteten elektronischen Schalters vollzogen wird, der Bestandteil desjenigen der beiden Brückenzweige ist, bei wel chem der Zustand des Leitens jeweils länger zurückliegt, wodurch sich für alle elektronischen Schalter der erfindungs gemäßen Einrichtung eine Mindestdauer ihrer Einschaltinter valle und ihrer Ausschaltintervalle von der Länge einer Takt periodendauer ergibt.
daß die in den n Gleichspannungs-Tiefsetzstellern (7) eingesetz ten n elektronischen Schalteinheiten (2) jeweils als Brüc kenschaltung von vier elektronischen Schaltern ausgeführt sind und
daß innerhalb jeder dieser als Brückenschaltung von vier elek tronischen Schaltern ausgeführten elektronischen Schaltein heiten (29) vorab in jedem der beiden darin enthaltenen Brückenzweige einer der beiden dort in Reihe geschalteten elektronischen Schalter mindestens für die Dauer T einer Taktperiode eingeschaltet wird und
daß dann jeweils das erste von einer dieser elektronischen Schalteinheiten (29) verlangte Einschalten durch das Ein schalten eines der beiden in ihr enthaltenen elektronischen Schalter erfolgt, die bis dahin noch nicht eingeschaltet waren und
daß anschließend ein von einer einzelnen, eingeschalteten elek tronischen Schalteinheit (29) verlangtes Ausschalten jeweils durch das Ausschalten jenes in ihr enthaltenen, momentan noch eingeschalteten elektronischen Schalters vollzogen wird, der Bestandteil des bis dahin leitenden Brücken zweiges ist und der von den beiden in diesem Brückenzweig enthaltenen elektronischen Schaltern derjenige ist, dessen letztes Einschalten jweweils länger zurückliegt und
daß anschließend ein von einer einzelnen, ausgeschalteten elek tronischen Schalteinheit (29) verlangtes Einschalten jeweils durch das Einschalten jenes in ihr enthaltenen momentan noch ausgeschalteten elektronischen Schalters vollzogen wird, der Bestandteil desjenigen der beiden Brückenzweige ist, bei wel chem der Zustand des Leitens jeweils länger zurückliegt, wodurch sich für alle elektronischen Schalter der erfindungs gemäßen Einrichtung eine Mindestdauer ihrer Einschaltinter valle und ihrer Ausschaltintervalle von der Länge einer Takt periodendauer ergibt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die dort enthaltenen n gleichartigen potentialverbindenden
Gleichspannungs-Tiefsetzsteller (7) entfernt und durch n
gleichartige, potentialtrennende Gleichspannungssteller (30)
ersetzt werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die dort enthaltenen n voneinander potentialgetrennten
Gleichspannungsquellen (6) zu einer gemeinsamen Gleich
spannungsquelle (31) zusammengefaßt werden.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die dort enthaltenen n gleichartigen potentialtrennenden Gleichspannungssteller (30) aus jeweils zwei gleichartigen Teilmodulen (32) und (33) zusammengesetzt sind und
daß es sich bei diesen beiden gleichartigen Teilmodulen (32) und (33), aus denen die potentialtrennenden Gleichstromsteller zusammengesetzt sind, jeweils um einen potentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurchflußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung handelt, dessen Transformator (38) mit monopolarem Induktionshub betrieben wird und ausgangsseitig mit einem Einweggleichrichter versehen ist und
daß diese beiden potentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurch flußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung eingangs seitig parallel und ausgangsseitig ebenfalls parallel oder, vorzugsweise, in Serie geschaltet sind und
daß die Ansteuerung der jeweils zwei in den n gleichartigen po tentialtrennenden Gleichspannungsstellern (30) enthaltenen potentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurchflußstellern um eine Taktperiodendauer T zeitlich gegeneinander versetzt er folgt und
daß die beiden elektronischen Schalter (34) und (35), welche in jeweils einem der potentialtrennenden Eintakt-Gleichstrom durchflußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung ent halten sind, zumindest im eingeschwungenen Zustand in kon tinuierlicher Folge für die Dauer von etwa 80% der Taktpe riodendauer T eingeschaltet und anschließend für die Dauer von etwa 120% der Taktperiodendauer ausgeschaltet werden und
daß die Dauer der derart am Ausgang der potentialtrennenden Ein takt-Gleichstromdurchflußsteller in asymmetrischer Halbbrüc kenschaltung entstehenden Spannungspulse dadurch auf den ge wünschten Wert eingestellt wird, daß die Ein- und damit auch die Ausschaltzeitpunkte der beiden zu jeweils einem der po tentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurchflußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung gehörenden elektroni schen Schalter (34) und (35) um deren Verweildauer im einge schalteten Zustand abzüglich der gewünschten Dauer der Span nungspulse gegeneinander versetzt werden.
daß die dort enthaltenen n gleichartigen potentialtrennenden Gleichspannungssteller (30) aus jeweils zwei gleichartigen Teilmodulen (32) und (33) zusammengesetzt sind und
daß es sich bei diesen beiden gleichartigen Teilmodulen (32) und (33), aus denen die potentialtrennenden Gleichstromsteller zusammengesetzt sind, jeweils um einen potentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurchflußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung handelt, dessen Transformator (38) mit monopolarem Induktionshub betrieben wird und ausgangsseitig mit einem Einweggleichrichter versehen ist und
daß diese beiden potentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurch flußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung eingangs seitig parallel und ausgangsseitig ebenfalls parallel oder, vorzugsweise, in Serie geschaltet sind und
daß die Ansteuerung der jeweils zwei in den n gleichartigen po tentialtrennenden Gleichspannungsstellern (30) enthaltenen potentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurchflußstellern um eine Taktperiodendauer T zeitlich gegeneinander versetzt er folgt und
daß die beiden elektronischen Schalter (34) und (35), welche in jeweils einem der potentialtrennenden Eintakt-Gleichstrom durchflußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung ent halten sind, zumindest im eingeschwungenen Zustand in kon tinuierlicher Folge für die Dauer von etwa 80% der Taktpe riodendauer T eingeschaltet und anschließend für die Dauer von etwa 120% der Taktperiodendauer ausgeschaltet werden und
daß die Dauer der derart am Ausgang der potentialtrennenden Ein takt-Gleichstromdurchflußsteller in asymmetrischer Halbbrüc kenschaltung entstehenden Spannungspulse dadurch auf den ge wünschten Wert eingestellt wird, daß die Ein- und damit auch die Ausschaltzeitpunkte der beiden zu jeweils einem der po tentialtrennenden Eintakt-Gleichstromdurchflußsteller in asymmetrischer Halbbrückenschaltung gehörenden elektroni schen Schalter (34) und (35) um deren Verweildauer im einge schalteten Zustand abzüglich der gewünschten Dauer der Span nungspulse gegeneinander versetzt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904017207 DE4017207A1 (de) | 1989-07-24 | 1990-05-29 | Verbesserte einrichtung zur speisung eines verbraucherzweipols mit einem weitgehend oberschwingungsfreien und dennoch rasch veraenderbaren gleichstrom |
Applications Claiming Priority (2)
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DE3924398A DE3924398A1 (de) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | Einrichtung zur speisung eines verbraucherzweipols mit einem weitgehend oberschwingungsfreien und dennoch rasch veraenderbaren gleichstrom |
DE19904017207 DE4017207A1 (de) | 1989-07-24 | 1990-05-29 | Verbesserte einrichtung zur speisung eines verbraucherzweipols mit einem weitgehend oberschwingungsfreien und dennoch rasch veraenderbaren gleichstrom |
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DE4017207A1 true DE4017207A1 (de) | 1991-12-05 |
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE4017207A1 (de) |
Cited By (11)
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