DE4230727A1 - Linearumrichter mit erhöhtem Wirkungsgrad - Google Patents

Linearumrichter mit erhöhtem Wirkungsgrad

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DE4230727A1
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Nikolaus Dipl Ing Antohi
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ANTOHI NIKOLAUS DIPL ING FH
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ANTOHI NIKOLAUS DIPL ING FH
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/14—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P13/00—Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output
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Description

Für die Versorgung von empfindlichen Meßgeräten in Fahrzeugen oder für die unterbrechungsfreie Stromversorgung benötigt man Wechselrichter, die aus der Gleichspannung einer wieder aufladbaren Batterie eine Wechselspannung erzeugen und dabei weitgehend funkstörfrei sind.
Bei hohen Ansprüchen an die Störsicherheit haben sich seit Jahrzehnten Linearverstärker als Sinus-Wechselrichter bewährt, obwohl sie einen mit steigender Eingangsspannung stark abfallenden Wirkungsgrad haben.
Die vorliegende Erfindung vermeidet dies, indem das Übersetzungsver­ hältnis des Ausgangstransformators in Stufen reziprok zur Eingangsspannung verändert wird. Zusätzliche Schaltelemente im Steuerkreis vermeiden die sonst gefürchteten Toleranzüberschreitungen in der Ausgangsspannung durch den Umschaltvorgang, die durch die Regelung allmählich ausgeglichen werden könnten.
Durch eine typische Umschaltung in 2 Stufen zu je ca 8% wird die Wärmeerzeugung um ca 30% vermindert, so daß die Geräte kleiner gebaut werden können und in vielen Fällen insbesondere im mobilen Einsatz auf zusätzliche Kühlmaßnahmen wie Klimaanlagen oder Lüfter verzichtet werden kann.
Fig. 1 zeigt beispielhaft das Blockschaltbild eines solchen Umformers. Ein Linearverstärker (1) mit Treiberverstärker (2) und Gegentakt-Endstufe (3a und 3b) wird aus der Batterie (4) gespeist. Er wird vom Oszillator (5) angesteuert und seine Ausgangsspannung wird mit dem Transformator (6) auf die gewünschte Höhe umgesetzt. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators (6) wird dabei so gewählt, daß bei geringster Eingangsspannung ( z. B. 0,9 facher Nennspannung gegen Ende der Batteriekapazität ) gerade noch bei voller Wicklung die gewünschte Ausgangsspannung mit akzeptablen Verzerrungen ( d. h. abgeschnittenem Spitzenwert) erreicht wird.
Bedingt durch das Funktionsprinzip des Linearverstärkers wird bei hoher Eingangsspannung, also beim Laden der Batterie, die Differenz in Wärme umgesetzt.
Ein Diskriminator (7) überwacht die Batteriespannung und schaltet bei vorgewählten Schwellwerten eines der Umschaltrelais (8), so daß bei höherer Batteriespannung ein entsprechend niedrigeres Übersetzungs­ verhältnis gewählt wird. Ein zweiter Wechselkontakt des Umschaltrelais (8) schaltet gleichzeitig die Signalspannung um, so daß die zunächst erwartete geringere Ausgangsspannung durch einen, am Spannungsteiler (9) voreingestellten höheren Ansteuerwert wieder die ursprüngliche Höhe erreicht.
Ein Kondensator (10) am Ausgang überbrückt die kurze Unterbrechungszeit während der Umschaltung solange keiner der beiden Kontakte des Wechslers anliegt. Die gleiche Unterbrechung in der Signalspannung führt jedoch zu hohen Spannungs-Differenzen über den Umschaltkontakten im Lastkreis und damit zu hoher Kontaktbelastung und kurzer Kontaktlebensdauer.
Der in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte Einsatz eines multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers (11) und eines fest programmierten Digital-Speichers (12) erlaubt es durch Anwahl einer Speicheradresse eine unterbrechungsfreie Anpassung der Signalspannung zu erzeugen. Dadurch wird eine hohe Belastung der Umschaltkontakte im Lastkreis vermieden, denn es gibt dabei keine undefinierten Zwischenzustände. Bei Fig. 2 wird der D/A-Wandler (11) als Stellglied für die, wie in Fig. 1 vom Oszillator (5) kommende Sinus-Signalspannung verwendet. In Fig. 3 wird die Signalspannung über den D/A-Wandler (11) erzeugt, indem über den Taktgeber (13) und den Zähler (14) fortlaufende Adressen des Digitalspeichers (12) angesprochen werden, um die dort abgelegten Augenblickswerte der Signalspannung abzurufen.
Über die Umschaltrelais (8) werden dann die Adreßbereiche mit den zum Übersetzungsverhältnis passenden Werten ausgewählt.
Dabei sind auch nicht sinusförmige Kurvenformen oder für den Ausgleich systematischer Fehler angepaßte Werte möglich.

Claims (6)

1. Umrichter mit Linearverstärker-Endstufe, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des Ausgangstransformators in Abhängigkeit von der gerade verfügbaren Eingangsspannung in einer oder mehreren Stufen umgeschaltet wird.
2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannung simultan zur Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses und reziprok dazu in der Amplitude verändert wird.
3. Umrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Signalamplitude über die Digitaleingänge eines multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers erfolgt.
4. Umrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Signalamplitude über den Referenzeingang eines D/A-Wandlers erfolgt, dessen Digitaleingänge zur Erzeugung der Kurvenform der Wechselspannung (meist Sinusform) dienen.
5. Umrichter mit Linearverstärker-Endstufe und Ausgangstransformator, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenform der Signalspannung in Form einer Tabelle der Augenblickwerte in einem Digitalspeicher (ROM, RAM, EEROM oder EPROM) abgelegt ist, über einem Taktgeber und Adreßzähler aufgerufen und mit einem D/A-Wandler aufbereitet wird.
6. Umrichter nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal über den Aufruf vorbestimmter Adreßbereiche eines Digitalspeichers verändert wird.
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