DE4104386A1

DE4104386A1 - Impulsgenerator

Info

Publication number: DE4104386A1
Application number: DE19914104386
Authority: DE
Inventors: Eduard Gassmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-09
Filing date: 1991-02-09
Publication date: 1991-09-12

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von Elektrozaunimpulsen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Impulserzeugung in Elektrozaungeräten erfolgt allge mein in der Weise, daß ein kontinuierlich gespeister Lade kondensator durch periodisches Zünden eines Thyristors über die Primärwicklung eines Impulstransformators entla den wird. Der sekundäre Elektrozaunimpuls wird dann über wiegend als gedämpfte Cosinusschwingung des aus Hauptin duktivität des Impulstransformators, primärseitiger Lade kapazität sowie sekundärseitiger Zaunkapazität gebildeten Parallelresonanzkreises realisiert, wobei der Thyristor mit Umkehr der Stromrichtung nach einer Halbperiode dieser Schwingung sperrt, und die Primärseite nicht mehr am wei teren Verlauf der abklingenden Schwingung beteiligt ist.

Als Ein- und Überschwingvorgang überlagert ist jeweils eine stark gedämpfte und wesentlich höherfrequente Schwin gung des aus den Streuinduktivitäten des Impulstransforma tors, der primärseitigen Ladekapazität und der sekundär seitigen Zaunkapazität gebildeten Serienresonanzkreises.

Bekannte spezielle Ausführungen von Impulsgeneratoren (DE-OS 27 33 145 und DE-OS 30 09 838) realisieren die Thyri storsperrung bereits nach einer Halbperiode des Ein schwingvorganges des Serienresonanzkreises, wo der Elek trozaunimpuls seine Überschwingamplitude erreicht hat, und der primärseitige Ladekondensator erst teilweise entladen ist. Von der Überschwingamplitude ausgehend klingt diese Spannung dann als gedämpfte Schwingung des aus Hauptinduk tivität des Impulstransformators und sekundärer Gesamtka pazität gebildeten Resonanzkreises aus.

Die nutzbaren Vorteile solcher Impulsgeneratoren mit Über tragung eines Teils der im Ladekondensator gespeicherten Energie zur sekundären Kapazität mittels einer Schwingung des Serienresonanzkreises sind die Senkung des Energiever brauches im Normalbetrieb ohne Zaunberührung sowie die Reduzierung des Aufwandes für den Impulstransformator aufgrund des geringeren Übersetzungsverhältnisses für eine gleiche maximale Zaunspannung. Nachteile derzeitiger Aus führungen sind die wesentlich höheren dynamischen An forderungen an den Thyristor aufgrund der geringen Strom flußdauer bei hoher Stromamplitude sowie die nicht reali sierbare weitere Energieeinsparung durch Verlängerung des seriellen Einschwingvorganges auf eine Periode wegen der dann unzureichenden Zeitdauer und Schockwirkung des Berei ches hoher Spannungswerte.

Die bei den bekannten Lösungen (DE-OS 27 33 145 und DE-OS 30 09 838) erreichten Ergebnisse, insbesondere die Effizienz der Energieübertragung zur Sekundärseite, die Reduzierung des Energieverbrauches bei Gewährleistung einer ausreichenden Schockwirkung sowie die Ausnutzung des Arbeitsbereiches des Magnetkreismaterials zur Reduzierung des Aufwandes für den Impulstransformator, sind insgesamt gering im Vergleich zu den durch Änderung des Magnetkreis materials und der Schaltung möglichen. Primäre Ursache ist das Beibehalten eines Impulstransformators, dessen Magnet kreis durch einen Luftspalt geschert ist oder ein Material mit geringer Remanenzinduktion und Permeabilität aufweist, dessen Magnetisierungsstrom somit sehr groß ist, und der weniger als 50% seines Arbeitsbereiches zur Impulstrans formation ausnutzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Impulsgenerator mit Impulser zeugung und -übertragung mittels einer Schwingung des aus primärseitiger Kapazität, Streuinduktivitäten des Impuls transformators und sekundärseitiger Kapazität gebildeten Serienresonanzkreises, welcher einen großen magnetischen Arbeitsbereich ΔB für die Impulstransformation nutzt, eine relativ geringe Beanspruchung des elektronischen Schaltelements und eine hohe Effizienz aufweist sowie Ausführungen für Batteriebetrieb mit geringem Energiever brauch ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere durch Änderung der Materialart und der Ausführung des Magnetkreises des Impulstransformators, verbunden mit einer Schaltungsänderung zur Rückführung in einen günsti gen magnetischen Arbeitspunkt, erhebliche Verbesserungen hinsichtlich Aufwand, Effizienz, Beanspruchung des elek tronischen Schaltelements und geringem Energieverbrauch für Anwendung mit Batteriebetrieb zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Impulstransformator einen luftspaltfreien Magnetkreis aus einem Werkstoff mit einer Koerzitivfeldstärke H_c<0,8 A/cm, einer Sättigungsinduktion B_s<1,2 T und einer Remanenzinduktion B_r<0,6 T aufweist, und daß der Ladekondensator, die Primärwicklung, das elektronische Schaltelement und der Ladestromkreis so schaltungsmäßig angeordnet sind, daß der Nachladestrom i_l die Primärwick lung entgegengesetzt zum impulsförmigen Entladestrom i_e durchfließt und den Magnetkreis des Impulstransformators nach jeder Impulsübertragung in den negativen Remanenz punkt rückmagnetisiert. Damit kann eine der Größe ΔB=B_s+B_r proportionale hohe Zeitspanne Δt bis zur Magnetkreissättigung für eine hinsichtlich Aufwand und Effizienz sehr günstige Impulsformung und Impulsübertra gung genutzt werden.

Zweckmäßig ist eine Ausführung des Magnetkreises des Im pulstransformators als Ringbandkern, auf welchen die Se kundärwicklung vorzugsweise einlagig aufgebracht ist, wobei die Primärwicklung zur Erhöhung der Streuinduktivi täten nur einen Teilbereich der Sekundärwicklung über deckt. An die Sekundärwicklung wird vorteilhaft gerätein tern eine kapazitive Grundlast angeschlossen, wodurch der Einfluß des Elektrozaunes auf Amplitude und Verlauf der Ausgangsspannung verringert wird.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird parallel zum elektronischen Schaltelement eine Freilaufdiode einge fügt, wodurch der serielle Einschwingvorgang auf eine volle Periode ausgedehnt und die nicht verbrauchte Energie in den Ladekondensator rückgeführt wird.

Ausführungsbeispiel

Anhand des in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungs beispiels wird die Erfindung näher erläutert. In den zuge hörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Impuls generators mit kapazitiver Grundlast 7;

Fig. 2 eine zweckmäßige Ausführung des Impulstransforma tors 1;

Fig. 3 die prinzipiellen Strom- und Spannungsverläufe eines ohne Freilaufdiode 8 ausgeführten erfindungs gemäßen Impulsgenerators;

Fig. 4 die prinzipiellen Strom- und Spannungsverläufe eines mit Freilaufdiode 8 ausgeführten erfindungs gemäßen Impulsgenerators.

Der erfindungsgemäße Einsatz eines Impulstransformators 1 unter Verwendung eines luftspaltfreien Magnetkreises aus einem hochwertigen weichmagnetischen Material mit geringer Koerzitivfeldstärke H_c, hoher Sättigungsinduktion B_s und möglichst großer Remanenzinduktion B_r erfordert nach jeder Impulsübertragung eine zwangsweise Rückmagnetisierung in den negativen Remanenzpunkt, um die dann hohe Zeitspanne Δt∼(B_s+B_r) bis zur Magnetkreissättigung optimal zur Impulsformung und zur effizienten Impulsübertragung zu nutzen. Wie die Prinzipschaltung in Fig. 1 zeigt, wird diese Rückmagnetisierung dadurch erreicht, daß die Reihen schaltung aus Ladekondensator 4 und Primärwicklung 2 des Impulstransformators 1 parallel zum elektronischen Schalt element 5 sowie zum Ladestromkreis 6 geschaltet ist. Nach jeder periodischen Zündung des elektronischen Schalt elements 5 und der teilweisen Entladung des Ladekondensa tors 4 über die Primärwicklung 2 in Form des Einschwing- bzw. Entladestromes i_e wird somit die Primärwicklung 2 vom Nachladestrom i_l entgegengesetzt durchflossen und der Im pulstransformator 1 zwangsläufig in den negativen Rema nenzpunkt rückmagnetisiert.

Fig. 2 zeigt eine zweckmäßige Ausführung des Impulstrans formators 1 mittels Ringbandkern 9, dessen Wirbelstromver luste bei Ausführung aus Bandmaterial geringer Dicke sehr niedrig sind. Die Sekundärwicklung 3 ist einlagig aufge bracht, was die Isolationsaufwendungen minimiert. Die Primärwicklung 2 überdeckt nur einen Teilbereich der Se kundärwicklung 3, wodurch die erforderlichen erhöhten Streuinduktivitäten zur Impulsübertragung in Form einer seriellen Schwingung in einfacher Weise realisiert werden.

Für einen ohne Freilaufdiode 8 ausgeführten erfindungsge mäßen Impulsgenerator zeigt Fig. 3 die prinzipiellen Strom- und Spannungsverläufe. Zum Zeitpunkt t₀ wird das elektronische Schaltelement 5, z. B. ein Thyristor, ge zündet. Damit wird ein Einschwingvorgang des aus Ladekon densator 4, Streuinduktivitäten des Impulstransformators 1 und sekundärer Gesamtkapazität gebildeten Serienresonanz kreises eingeleitet. Nach einer Halbperiode zum Zeitpunkt t₁ ist der über den Impulstransformator 1 und das elektro nische Schaltelement 5 fließende Einschwingstrom i_e(t) wieder Null, und der im Ausführungsbeispiel verwendete Thyristor blockiert selbsttätig den weiteren Stromfluß. Die Ausgangsspannung an der kapazitiven Grundlast 7 hat zu diesem Zeitpunkt etwa ihr Maximum erreicht. Ihr weiterer Verlauf u_a(t) ist gekennzeichnet durch ein kontinuier liches betragsmäßiges Absinken aufgrund des Verlustwider standes R₂ sowie ein Umschwingen in die entgegengesetzte Polarität jeweils beim Eintritt der Sättigung des Impuls transformators 1 zu den Zeitpunkten t₂, t₃ usw. Letztere Umschwingvorgänge stellen jeweils eine Halbperiode der Schwingung des jetzt durch die sekundäre Gesamtkapazität und die Induktivität der Sekundärwicklung 3 des gesättig ten Impulstransformators 1 gebildeten Resonanzkreises dar. Bedingt durch die großen jeweils gleichen Spannungszeit flächen ist die Zahl der verlustbehafteten Umschwingungen gering.

Für die Elektrozaungeräte mit Batterieversorgung ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Impulsgenerators mit zu sätzlicher Freilaufdiode 8 zweckmäßig. Wie aus den prin zipiellen Strom- und Spannungsverläufen in Fig. 4 zu erse hen ist, wird der Einschwingvorgang dann auf eine volle Periode ausgedehnt. Die nach der Halbperiode zum Zeitpunkt t₁ hohe Ausgangsspannung u_a ist bis zum Zeitpunkt t₂ der Beendigung des Einschwingvorganges auf einen geringen Wert abgesunken. Wie aus dem Verlauf der Spannung u_c1(t) er sichtlich ist, wird dadurch im Normalbetrieb ein wesent licher Teil der Energie in den Ladekondensator 4 rückge speist und die mittlere Stromentnahme aus der Batterie erheblich gesenkt. Der weitere Verlauf u_a(t) entspricht dem zu Fig. 3 erläuterten, wobei die Spannungshöhe jetzt wesentlich geringer ist, und zumeist nur noch ein zwei maliges Umschwingen auftritt.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Realisierung einer der Größe ΔB=B_s+B_r proportionalen hohen Zeit spanne Δt bis zum Eintritt der Sättigung des Impulstrans formators 1 ist die erhebliche zeitliche Dehnung des Ein schwingvorganges bei Absenkung der Stromhöhe. Dadurch sinken die Anforderungen an das elektronische Schaltele ment 5 sowie die Stromwärmeverluste bei der Impulstrans formation wesentlich. Für den Impulsgenerator mit Frei laufdiode 8 ist diese zeitliche Dehnung der Ausgangsspan nung im Bereich ihres Maximums gleichzeitig eine Grundvor aussetzung zur Gewährleistung einer ausreichenden Schock wirkung bei Berührung des Elektrozaunes und somit der Weidesicherheit. Durch den sehr geringen Magnetisierungs strom werden die Verluste ebenfalls reduziert und der Einschwingvorgang des Serienresonanzkreises wird kaum beeinflußt.

Claims

1. Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von Elek trozaunimpulsen, bei dem gespeicherte Energie eines aus einem Ladestromteil gespeisten primärseitigen Konden sators nach Zündung eines elektronischen Schaltelements mittels eines Impulstransformators mit wesentlicher Spannungserhöhung auf die Sekundärseite übertragen wird, wobei diese Übertragung in Form einer Schwingung des aus primärseitiger Kapazität, Streuinduktivitäten des Impulstransformators und sekundärseitiger Kapazität gebildeten Serienresonanzkreises erfolgt, gekennzeich net dadurch, daß der Impulstransformator (1) einen luftspaltfreien Magnetkreis aus einem Material mit einer Koerzitivfeldstärke H_c<0,8 A/cm, einer Sätti gungsinduktion B_s<1,2 T und einer Remanenzinduk tion B_r<0,6 T aufweist, und daß der Ladekondensa tor (4), die Primärwicklung (2) des Impulstransforma tors (1), das elektronische Schaltelement (5) und der Ladestromkreis (6) so schaltungsmäßig angeordnet sind, daß der Nachladestrom i_l die Primärwicklung (2) ent gegengesetzt zum impulsförmigen Entladestrom i_e durch fließt und den Magnetkreis des Impulstransformators (1) nach jeder Impulsübertragung in den negativen Remanenz punkt rückmagnetisiert.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet da durch, daß der Magnetkreis des Impulstransformators (1) als Ringbandkern (9) ausgeführt ist, daß die Sekundär wicklung (3) vorzugsweise einlagig aufgebracht ist, und daß die Primärwicklung (2) nur einen Teilbereich der Sekundärwicklung (3) überdeckt.

3. Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß an die Sekundärwicklung (3) geräteintern eine kapazitive Grundlast (7) angeschlossen ist.

4. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge kennzeichnet dadurch, daß parallel zum elektronischen Schaltelement (5) eine Freilaufdiode (8) eingefügt ist.