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Diese Erfindung bezieht sich auf Wechselrichter.
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Genauer bezieht sich die Erfindung auf Wechselrichter der Art, die eine resonante
Schaltung bzw. Schwingkreis einschließlich eines Kondensators und einer
Induktionsspule umfassen, eine erste Rauptschalteinrichtung, vorgesehen, um Strom von einer
Gleichstromquelle in einer Richtung durch den Kondensator und die Induktionsspule
zu leiten, eine zweite Hauptschalteinrichtung, vorgesehen, um Strom von der
Gleichstromquelle durch den Kondensator und die Induktionsspule in der
entgegengesetzten Richtung zu leiten und eine Treiber- bzw. Steuereinrichtung, um die
schaltenden Einrichtungen bzw. Schalteinrichtungen zu veranlassen, abwechselnd zu
leiten, wobei die Treibereinrichtung einen Transformator umfaßt, der eine
Primärwicklung in Serie mit dem Kondensator und der Induktionsspule aufweist und
zwei Sekundärwicklungen, vorgesehen, um den entsprechenden
Hauptschalteinrichtungen Treiber- bzw. Steuersignale zur Verfügung zu stellen.
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Ein Wechselrichter dieser Art wird in der veröffentlichten europäischen
Patentanmeldung EP-A-0 121 917 beschrieben. Der beschriebene Wechselrichter arbeitet bei der
Resonanzfrequenz des Schwingkreises, wobei die Hauptschalteinrichtungen bei den
Nullkreuzungs- bzw. Nulldurchgangspunkten des oszillierenden Stroms in dem
Schwingkreis geschaltet werden und es keine Einrichtung zur Steuerung der
Leistungsabgabe des Wechselrichters gibt.
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Eine Druckschrift von Sebastian et al. mit dem Titel "Regulating Self-Oscillating
Resonant Converters", 2. europäische Konferenz für Leistungselektronik und
Anwendungen, veranstaltet in Grenoble, Frankreich, vom 22. bis 24. September
1987, beschreibt einen Wechselrichter, bei dem ein Schalten der
Feldeffekttransistoren, die die Hauptschalteinrichtungen darstellen, durch zwei sättigbare
Transformatoren bewirkt wird, mit Primärwicklungen, die in den Schwingkreis
geschaltet sind, und Sekundärwicklungen, die mit den Gates bzw. Steueranschlüssen
der Feldeffekttransistoren verbunden sind, so daß die Ansteuerung an jeden
Transistor entfernt wird, wenn der in Verbindung gebrachte Transformator sättigt.
Jeder Transformator besitzt eine zusätzliche Wicklung, durch die ein variabler,
geregelter Gleichstrom eingespeist wird, um den Punkt zu regeln, bei dem der
Transformator sattigt. Das Schalten der Transistoren kann dadurch geregelt werden,
um die Phasendifferenz zwischen der Spannung und dem Strom in dem Schwingkreis
zu regeln, um so die Leistungsabgabe des Wechselrichters zu regeln. Der
beschriebene Wechselrichter ist jedoch relativ komplex.
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Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 075 176 beschreibt ein elektronisches
Vorschaltgerät bzw. Ballast für eine Entladungslampe, das einen
Resonanzwechselrichter umfaßt, der schaltende Transistoren besitzt, die durch Sekundärwicklungen
eines Treibertransformators angeschaltet werden. In einer Ausführungsform ist eine
zusätzliche Sekundärwicklung auf dem Treibertransformator über einen variablen
Widerstand mit einem Kondensator verbunden, so daß sich der Kondensator auflädt,
während jedes zweiten Halbzyklusses, mit einer Geschwindigkeit bzw. Rate, die von
der Einstellung des variablen Widerstandes abhängt. Wenn die Spannung über den
Kondensator einen vorherbestimmten Wert erreicht, wird ein Thyristor angeschaltet,
um die zusätzliche Wicklung kurzzuschließen. Dies hat den Effekt, daß der
schaltende Transistor, der leitet, sehr rasch ausgeschaltet wird, aufgrund des
Spannungsabfalls über die in Verbindung gebrachte Sekundärwicklung des
Treibertransformators. Der andere schaltende Transistor wird in dem nächsten
Halbzyklus durch Sättigung des Treibertransformators ausgeschaltet. In der Schaltung
der EP-A-0 075 176 ist die Lampe, die die Last bildet, in Serie geschaltet mit den
Blindleistungselementen des Schwingkreises. Die Schaltung beruht auf einem großen
elektrolytischen Kondensator, um den Gleichstrom-Übertragungsweg auszubilden,
zu dem der Wechselrichter verbunden ist.
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Ein Problem kann sich bei den bekannten Resonanzwechselrichter-Schaltungen
ergeben, wenn die Schaltung über einen Gleichrichter mit einer Wechselstrom-
Netzversorgung verbunden ist, weil die bekannten Schaltungen dazu neigen, von der
Netzstromversorgung Strom mit einem schlechten Leistungsfaktor und mit einem
Oberwellengehalt zu ziehen, der gegen Bestimmungen verstoßen kann, die den
Oberwellengehalt von Netzversorgungsstrom betreffen.
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Das US-Patent US-A-4,346,332 beschreibt einen Wechselrichter, der einen
"Scheitelwert-Stromsensor" aufweist, der einen augenblicklichen Strom in der
Induktionsspule des Schwingkreises fühlt und einen "di/dt-Sensor", der die Spannung
über der Induktionsspule mißt. Schalten der Transistor-Schalter des Wechselrichters
tritt ein, wenn die Spannung über die Induktionsspule unter einen vorher eingestellten
Wert fällt oder wenn der Induktionsspulen-Strom einen vorher eingestellten Wert
erreicht, falls das vorher auftritt. Eine Leistungsregelschaltung variiert den vorher
eingestellten Wert, bei dem der di/dt-Sensor arbeitet, um die Ausgangsleistung des
Wechselrichters zu variieren. Die Last ist über den Kondensator des Schwingkreises
geschaltet. Dieser Wechselrichter erfordert relativ komplexe Schalttechnik.
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Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Resonanzwechselrichterschaltung zur
Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, daß der an die Last abgegebene Strom
geregelt werden kann, und die Strom mit einem guten Leistungsfaktor von einer
Wechselstromversorgung ziehen kann.
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Die Erfindung besteht aus eine Schaltung einschließlich eines Wechselrichters, um
Leistung bzw. Strom von einer Gleichstromquelle einer Last zuzuführen und die
einen Schwingkreis einschließlich eines Kondensators und einer Induktionsspule
umfaßt, eine erste Rauptschalteinrichtung, vorgesehen, um Strom von der
Gleichstromquelle in einer Richtung durch den Kondensator und die Induktionsspule
zu leiten, eine zweite Hauptschalteinrichtung, vorgesehen, um Strom von der
Gleichstromquelle durch den Kondensator und die Induktionsspule in der
entgegengesetzten Richtung zu leiten und eine Treibereinrichtung, um die
Schalteinrichtungen
zu veranlassen, abwechselnd zu leiten, wobei die Treibereinrichtung einen
Treibertransformator umfaßt, der eine Primärwicklung in Serie mit dem Kondensator
und der Induktionsspule aufweist und zwei Sekundärwicklungen, vorgesehen, um den
entsprechenden Hauptschalteinrichtungen Treiber- bzw. Steuersignale zur Verfügung
zu stellen, in welcher der Wechselrichter eine Steuereinrichtung aufweist, um das
Schalten der Hauptschalteinrichtungen zu steuern, die Steuereinrichtung eine
Einrichtung zum Fühlen einer Umkehr des Stromes in dem Schwingkreis umfaßt,
eine Einrichtung zum Abschalten der Schalteinrichtung, die den entgegengerichteten
Strom für eine vorherbestimmte Zeit nach Stromumkehr leitet, und eine Einrichtung
zum Variieren der vorherbestimmten Zeit, wobei die Last parallel zu dem
Kondensator oder der Induktionsspule des Schwingkreises geschaltet ist und ein Gleichrichter
zur Verbindung mit einer Wechselstromversorgung (L, N) vorgesehen ist, um
ungeglättete, gleichgerichtete Wechselstromleistung als die Gleichstromquelle zur
Verfügung zu stellen.
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Wie detaillierter unten beschrieben wird, ist die Schaltung eine Art von "Boucherot-
Schaltung", von der es ein charakteristisches Merkmal ist, daß der Laststrom
unabhängig von der Last ist. Dies verleiht den Wechselrichter der vorliegenden
Erfindung Vorteile, insbesondere wenn der Wechselrichter mit einer
Wechselstromnetzversorgung verbunden ist und verwendet wird, um eine Last bei konstantem
Potential bzw. Spannung zu versorgen, zum Beispiel eine Batterie, die gerade
geladen wird, indem der Strom von der Netzstromversorgung bei oder nahe dem
Leistungsfaktor von eins entnommen wird und mit einem geringen oder gar keinem
Oberwellengehalt.
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Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zum Fühlen einer Stromumkehr einen
zusätzlichen Transformator, der eine Primärwicklung aufweist, die in dem
Schwingkreis verbunden ist, und eine Sekundärwicklung, die mit einer
Synchronisierungs- bzw. Zeitgebereinrichtung verbunden ist, betreibbar, um ein Signal
zum Abschalten der Hauptschalteinrichtung nach der vorherbestimmten Zeit zur
Verfügung zu stellen.
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In einer Form der Erfindung umfaßt die Einrichtung zum Ausschalten der
Hauptschalteinrichtung eine sekundäre schaltende Einrichtung, die parallel zu der in
Verbindung gebrachten Sekundärwicklung des Treibertransformators so verbunden
ist, um die Ansteuerung von der Hauptschalteinrichtung zu entfernen, wenn die
sekundäre schaltende Einrichtung durch das Signal von der Zeitgebereinrichtung
angeschaltet wird.
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Vorzugsweise besitzt der Treibertransformator einen Kern aus magnetisierbarem
Material mit einer quadratischen Hystereseschleifen-Kennlinie, so daß dem
Abschalten der Hauptschalteinrichtung eine vorherbestimmte Zeit nach Stromumkehr
folgend die andere Hauptschalteinrichtung durch Sättigung des Treibertransformators
nach einer Zeitperiode von der nächsten Stromumkehr ausgeschaltet wird, die gleich
der vorherbestimmten Zeit ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die ersten und zweiten
Rauptschalteinrichtungen in Serie parallel zu der Gleichstromquelle geschaltet, zwei Kondensatoren
sind in Serie parallel zu der Gleichstromquelle geschaltet, und der Kondensator und
die Induktionsspule des Schwingkreises sind in Serie zwischen der Verbindung der
zwei Kondensatoren und der Verbindung der Hauptschalteinrichtungen geschaltet.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die ersten und zweiten
Hauptschalteinrichtungen in Serie parallel zu der Wechselstromquelle geschaltet, und
dritte und vierte Hauptschalteinrichtungen sind parallel zu der Gleichstromquelle
geschaltet, um eine Brückenschaltung mit den ersten und zweiten
Hauptschalteinrichtungen zu bilden, wobei der Kondensator und die Induktionsspule des
Schwingkreises in Serie zwischen der Verbindung der ersten und zweiten
Hauptschalteinrichtungen und der Verbindung der dritten und vierten Hauptschalteinrichtungen
geschaltet sind, und der Treibertransformator zusätzliche Sekundärwicklungen
aufweist, vorgesehen, um Treiber- bzw. Steuersignale für die dritten bzw. vierten
Hauptschalteinrichtungen zur Verfügung zu stellen, so daß die
Hauptschalteinrichtungen in entgegengesetzten Armen der Brückenschaltung gleichzeitig
angeschaltet werden.
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Die Erfindung wird nun in beispielhafter Aufzählung unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
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Figur 1 ein Schaltungsschema eines Wechselrichters gemaß dieser Erfindung
ist,
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Figur 2 ein Schema einer Regeischaltung des Wechselrichters,
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Figuren 3
und 4 alternative Lasten darstellen, die von dem Wechselrichter versorgt
werden können, und
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Figur 5 ein Schaltungsschema einer modifizierten Form des Wechselrichters
dieser Erfindung ist.
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Bezugnehmend auf Figur 1 ist die Resonanzwechselrichterschaltung mit einer
ungeglätteten Gleichstromquelle verbunden, die von einem Vollwellen-Gleichrichter
10 gebildet wird, die zum Beispiel mit der Netzstromversorgung verbunden ist. Ein
Kondensator 12 ist in Serie geschaltet mit einer Diode 14 parallel zu der
Gleichstromquelle, um eine geglättete Gleichstromversorgung für eine einschaltende
Schaltung zur Verfügung zu stellen, der im Anschluß hieran beschrieben wird.
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Die Leistungsschaltung des Wechselrichters umfaßt eine Brücke aus zwei
Transistorschaltern 20 und 30, die in Serie parallel zu der Gleichstromversorgung geschaltet
sind und zwei Kondensatoren 21 und 31, die ebenfalls in Serie parallel zu der
Gleichstromversorgung geschaltet sind, und eine Induktionsspule 40 und einen
Kondensator 42, die in Serie geschaltet sind zwischen der Verbindung der
Transistoren 20 und 30 und der Verbindung der Kondensatoren 21 und 31. Die
Dioden 22 und 32 sind parallel zu den Transistoren 20 und 30 geschaltet. Die Last
80 ist mit der Induktionsspule 40 oder dem Kondensator 42 verbunden, wie unten
unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 beschrieben wird.
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Eine Treiberschaltung, um ein Schalten der Transistoren 20 und 30 zu bewirken,
besteht aus einem Treibertransformator 44, der eine Primärwicklung 45 in Serie
geschaltet mit der Induktionsspule 40 und dem Kondensator 42 aufweist und zwei
Sekundärwicklungen 24 und 34, die mit den Gates der Transistoren 20 bzw. 30
verbunden sind. Zenerdioden 26 und 27 sind parallel zu der Sekundärwicklung 24
geschaltet, um die Spannung zu begrenzen, die an den Transistor 20 angelegt wird.
Zenerdioden 36 und 37 sind ebenfalls parallel zur Sekundärwicklung 34 geschaltet.
Der Treibertransformator 44 besitzt einen magnetisierbaren Kern mit einer
quadratischen Hystereseschleifen-Kennlinie.
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Um eine Schwingung auszulösen, steht ein startender Schaltkreis bzw. Startkreis
bereit, der aus einem Diac bzw. einer bidirektionalen Triggerdiode 46 besteht, die
zwischen die positive Leitung der Gleichstromversorgung und dem Gate des
Transistors 30 geschaltet ist, und einem Kondensator 47, der parallel zu der bidirektionalen
Triggerdiode 46 und der Sekundärwicklung 34 des Treibertransformators 44
geschaltet ist.
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Um die Durchlaßzeiten der Transistorschalter 20 und 30 zu steuern, steht eine
Regelschaltung 50 bereit, die nun unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben wird.
Ein Feldeffekttransistor 51 ist in Serie mit einer Diode 52 parallel zu der
Sekundärwicklung 34 des Treibertransformators 44 geschaltet, so daß, wenn der
Transistor 51 gerade leitet, die Ansteuerung von dem Transistorschalter 30 entfernt
wird. Der Transistor 51 wird mit Hilfe eines integrierten Schaltungs-Zeitgebers 52
des bekannten Typs "555" geregelt. Die kennzeichnenden Merkmale des Zeitgebers
52 sind dergestalt, daß die Ausgangsgröße bei Kontaktstift bzw. Pin 3 niedrig bzw.
"low" ist, wenn die Spannungen bei dem Auslöser- bzw. Trigger-Pin 2 und dem
Rückstell- bzw. Reset-Pin 4 niedrig sind. Wenn die Spannungen bei dem Auslöser-
Pin 2 und dem Rückstell-Pin 4 hoch bzw. "high" werden, wird die Ausgangsgröße
bei Pin 3 hoch und bleibt hoch während einer vorher einstellbaren Zeitdauer, nach
der sie zu dem niedrigen Wert zurückkehrt Die vorher einstellbare Zeitdauer wird
durch die Zeitkonstante des Potentiometers 53 und des Kondensators 54 bestimmt,
die mit den Pins 6 und 7 des Zeitgebers 52 verbunden sind und mit einer 12-Volt-
Spannungsversorgung 55, die von der Gleichstromquelle abgeleitet wird. Die
Ausgangsgröße des Zeitgebers 52 bei Pin 3 wird an das Gate des Transistors 51 über
die Transistoren 56 und 57 angelegt, die ebenfalls mit der
12-Volt-Spannungsversorgung verbunden sind, so daß der Transistor 51 angeschaltet wird, wenn die
Ausgangsgröße bei Pin 3 hoch ist.
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Die Spannungen, die an Auslöser-Pin 2 und Rückstell-Pin 4 des Zeitgebers 52
angelegt werden, werden von einem Stromtransformator 60 abgeleitet, dessen
Primärwicklung 61 in Serie geschaltet ist mit der Induktionsspule 40 und dem
Kondensator 42, um so den oszillierenden bzw. schwingenden Strom in dem
Schwingkreis zu fühlen. Zenerdioden 63 und 64 sind parallel zu der
Sekundärwicklung 62 des Transformators 60 geschaltet, so daß die Ausgangsgröße des
Transformators 60 als eine Rechteck-Wellenform erscheint. Die Ausgangsgröße wird an
den Emitter eines Transistors 66 angelegt, dessen Basis mit Masse verbunden ist und
dessen Kollektor mit dem Rückstell-Pin 4 des Zeitgebers 52 und über Widerstand 65
mit der 12-Volt-Spannungsversorgung verbunden ist, so daß Transistor 64
nichtleitend ist, wenn die Ausgangsgröße des Transformatorstromes 60 positiv ist, und
die Spannung bei Rückstell-Pin 4 hoch. Die Ausgangsgröße des Transformators 60
wird ebenfalls an die Basis des Transistors 66 angelegt, so daß Transistor 68 leitend
ist, wenn die Ausgangsgröße positiv ist, und Transistor 67 nichtleitend gehalten
wird, so daß das Potential der 12-Volt-Spannungsversorgung an dem Auslöser-Pin
2 des Zeitgebers 52 über Widerstand 69 anliegt. Wenn die Ausgangsspannung des
Stromtransformators 60 negativ ist, sind die Spannungen, die an den Rückstell-Pin
4 und Auslöser-Pin 2 des Zeitgebers 52 angelegt werden, niedrig.
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Im Betrieb der Schaltung leiten die Haupttransistoren 20 und 30 abwechselnd. Es sei
angenommen, daß Transistor 30 gerade leitet. Strom fließt in die von Pfeil 70
angezeigte Richtung von der Gleichstromversorgung durch Kondensator 31,
Induktionsspule 40, Kondensator 42, die Primärwicklungen 45 und 61 der
Transformatoren 44 und 60 und durch Transistor 30. Transistor 30 wird solange
leitend gehalten, bis die Ansteuerung, die von der Spannung über die
Sekundärwicklung 34 des Treibertransformators 44 bereitgestellt wird, auf Null abfällt. Wenn man
für den Moment den Betrieb der Regelschaltung 50 nicht berücksichtigt, geschieht
dies bei Sättigung des Treibertransformators 44 oder wenn der Strom auf Null
abfällt, falls dies vor der Sättigung geschieht. Beim Abschalten des Transistors 30
wird der Strom (falls er nicht Null erreicht hat) solange durch die Diode 22
umgeleitet, bis er auf Null abfällt. Der Strom in dem Schwingkreis wird sich dann
umkehren, wobei er zunächst durch den Kondensator 21 und die Diode 32 fließt.
Eine Umkehr des Stromes durch die Primärwicklung 45 des Treibertransformators
44 erzeugt eine Spannung über die Sekundärwicklung 24, die Transistorschalter 20
anschaltet, so daß Strom von der Gleichstromquelle durch Schalter 20 und
Kondensator 21 fließt. Transistor 20 bleibt solange eingeschaltet, bis sich Transformator 44
sättigt (oder der oszillierende bzw. schwingende Strom auf Null abfällt). Wenn sich
Transistor 20 ausschaltet, fließt Strom solange durch Diode 32, bis er auf Null
abfällt und sich umkehrt, wobei er anfangs solange durch Diode 22 fließt, bis die
Spannung über die Sekundärwicklung 34 des Treibertransformators 44 Transistor 30
wieder einschaltet.
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Ein Betrieb des Konverters in der Abwesenheit der Regelschaltung 50 wäre so
ähnlich zu dem des Wechselrichters aus dem Stand der Technik, auf den weiter oben
Bezug genommen worden ist. Falls die Transistoren 20 und 30 ausgeschaltet werden,
wenn der oszillierende Strom auf Null abfällt, wird der Wechselrichter auf bzw. bei
seiner Resonanzfrequenz arbeiten, wobei sich die Ausgangsspannung über die bzw.
parallel zu der Induktionsspule 40 und den Kondensator 42 in Phase mit dem
oszillierenden Strom entwickelt. Falls die Transistoren 20 und 30 ausgeschaltet
werden, bevor der oszillierende Strom den Nullwert erreicht, ist die
Ausgangsspannung außer Phase mit dem oszillierenden Strom, so daß die Leistungsabgabe des
Wechselrichters reduziert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet die Regelschaltung 50, um
Transistorschalter 30 nach einer Zeit auszuschalten, die durch die Einstellung des
Potentiometers
53 bestimmt wird. Die Schaltung arbeitet wie folgt. Wenn, in jedem Zyklus,
der oszillierende Strom in die von Pfeil 70 in Figur 1 gezeigte Richtung zu fließen
beginnt, bewirkt die über die Sekundärwicklung 62 des Stromtransformators 60
erzeugte Spannung, daß die Spannungen bzw. Potentiale bei Rückstell-Pin 4 und
Auslöser-Pin 2 des Zeitgebers 52 hoch werden, so daß der Zeitgeber ausgelöst wird
und die Ausgangsspannung bei Pin 3 hoch wird, wobei Transistor 51 nichtleitend
gehalten wird. Der Transistorschalter 30 wird deshalb von Treibertransformator 44
angeschaltet, wie oben beschrieben wurde. Am Ende der Zeitdauer, die von dem
Potentiometer 53 und Kondensator 54 bestimmt wird, wird die Ausgangsgröße bei
Pin 3 niedrig und Transistor 51 wird angeschaltet. Die Ansteuerung des Gates von
Transistor 30 wird deshalb entfernt und Transistor 30 wird nichtleitend. Der Strom,
der durch die Induktionsspule 40 und Kondensator 42 fließt, wird dann durch Diode
22 umgeleitet und fließt durch die Schaltung, die Diode 22 und Kondensator 31
enthält, solange bis der Strom auf Null abfällt und sich umzukehren beginnt, wobei
zu diesem Zeitpunkt Transistor 20 durch die Wirkung des Treibertransformators 44
angeschaltet wird. Weil der Kern des Transformators 44 eine "quadratische
schleifenförmige" Kennlinie aufweist, kann er nicht ein Ausgangsspannungsintegral
aushalten, das in einer Richtung größer ist als in die andere, und der Kern bei
gleichzeitiger Entfernung der Ansteuerung von Transistor 20 sättigt, nach einer
Zeitdauer, die, gemessen von der Stromumkehr, gleich der vorherbestimmten
Zeitdauer (wenn der Strom gerade in die entgegengesetzte Richtung fließt) ist, nach der
Transistor 30 von Zeitgeber 52 ausgeschaltet wird. Nachdem Transistor 20
ausgeschaltet ist, fließt der Strom durch die Schaltung einschließlich Diode 32 und
Kondensator 21 solange, bis er sich umkehrt, wobei dann Transistor 30 durch den
Treibertransformator 44 angeschaltet wird, Zeitgeber 52 durch den
Stromtransformator 60 getriggert bzw. ausgelöst wird und der Zyklus beginnt.
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Die Leistungsabgabe des Wechselrichters bzw. Inverters kann so durch Variieren der
Einstellung des Potentiometers 53 geregelt werden.
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Der Wechselrichter kann verwendet werden, um verschiedene Lasten zu speisen.
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Figur 3 zeigt ein Beispiel, in dem der Wechselrichter Leistung für ein
Induktionskochfeld 82 bereitstellt. Die Induktionsspule 40 ist in das Kochfeld 82 integriert, so
daß die Grundfläche einer eisenhaltigen Metallpfanne 84, die auf dem Kochfeld in
unmittelbarer Nähe zu der Induktionsspule gestellt wird, durch induzierte
Hochfrequenzwirbelströme und Hystereseverluste aufgeheizt wird, um den Pfanneninhalt
zu kochen.
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Figur 4 stellt eine gewöhnlichere Last 90 dar, die mit dem Kondensator 42 über
einen isolierenden Transformator 86 und einen Gleichrichter 88 verbunden ist. Die
Last könnte zum Beispiel eine wiederaufladbare Batterie oder eine Magnetfeldröhre
bzw. ein Magnetron sein.
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Figur 5 zeigt eine modifizierte Form des Wechselrichters. Die Schaltung ist
diegleiche wie in Figuren 1 und 2 gezeigt, außer daß die Kondensatoren 21 und 31 der
Schaltung aus Figur 1 durch zwei zusätzliche Transistorschalter 120 und 130 ersetzt
worden sind. Der Treibertransformator 44 besitzt zwei zusätzliche
Sekundärwicklungen 124 und 134, die mit den Gates der zusätzlichen Transistoren 120 und 130
verbunden sind. Spannungsbegrenzende Zenerdioden 126, 127 und 136, 137 sind
parallel zu den Sekundärwicklungen 124 und 134 geschaltet, und Dioden 122 und
132 sind parallel zu Transistoren 120 und 130 geschaltet. Die Sekundärwicklungen
124 und 134 sind so gewickelt, daß der Transistor 120 gleichzeitig mit dem
Transistor 20 eingeschaltet wird und Transistor 130 gleichzeitig mit dem Transistor 30
eingeschaltet wird. Die Transistoren 120 und 130 schalten ab, wenn der
Treibertransformator 44 sättigt oder der Strom durch seine Primärwicklung 45 auf Null
abfällt. Die Regelschaltung 50 arbeitet in der gleichen Weise wie bei der
Ausführungsform der Figuren 1 und 2.
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Die Ausführungsform aus Figur 5 stellt, verglichen mit der
Halbbrückenkonfiguration aus Figur 1, effektiv eine Vollbrückenkonfiguration bereit. Die Spannung, die
an den Serienschwingkreis in der Ausführungsform aus Figur 5 angelegt wird, ist
gleich der vollen Versorgungsspannung anstatt der halben Versorgungsspannung in
der Ausführungsform aus Figur 1. Der Wert des oszillierenden Stroms wird deshalb
für die gleiche Ausgangsleistung um die Hälfte reduziert. Die Ausführungsform aus
Figur 5 besitzt so einen Vorteil, wenn sie bei hohen Leistungswerten arbeitet.
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Die Schaltungen, die in Figuren 1 und 4 gezeigt sind, in denen die Last parallel zu
dem Kondensator oder der Induktionsspule eines Schwingkreises geschaltet ist, sind
Schaltungen der Art, die als eine "Boucherot-Schaltung" bekannt ist. Ein
kennzeichnendes Merkmal einer solchen Schaltung ist, daß der Laststrom unabhängig von
der Last ist. Wenn eine solche Schaltung gerade bei seiner Resonanzftequenz ω
arbeitet, ist der Laststrom I im allgemeinen gegeben durch:
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I = V/ωL
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wobei V die Spannung ist, die parallel zu dem Schwingkreis angelegt wird, und L
ist der induktive Widerstand der Schaltung.
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In dem Fall der in Figur 1 gezeigten Schaltung ist der Effekt der Regelschaltung 50
der, daß die Boucherot-Konstante modifiziert wird, so daß der Laststrom gegeben
ist durch:
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I = V/ωL cos φ
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wobei φ der Phasenwinkel zwischen dem Resonanzstrom und der schaltenden
Sequenz der Transistorschalter 20 und 30 ist. Die Regelschaltung 50 arbeitet, um φ
zwischen 0º, wo der Laststrom maximal ist, und 90º zu variieren, wo der Laststrom
auf Null reduziert ist.
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Falls die Schaltung mit einer Wechselstrom-Netzversorgung über einen
Vollwellengleichrichter verbunden ist, wie in Figur 1 gezeigt, ist, weil ja die Kondensatoren
21 und 31 klein sind, die Spannung parallel zu bzw. über dem Schwingkreis eine
ungeglättete, gleichgerichtete Wellenform, deren Amplitude eine gleichgerichtete
Sinusform der Netzfrequenz ist. Der Ausgangslaststrom kann deshalb wie folgt
ausgedrückt werden.
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wobei Vsinθ der instantane Wert der Versorgungsspannung ist.
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Die der Last zugeführte Leistung ist gegeben durch:
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wobei Vload die Spannung über bzw. parallel zu der Last ist.
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Falls die Schaltung verwendet wird, um zum Beispiel eine Batterie zu speisen, die
gerade über einen Transformator-Gleichrichter aufgeladen wird, oder eine kapazitive,
resistive Last eines Kondensators, die gerade auf ein konstantes Potential aufgeladen
wird, ist die Spannung Vload konstant und die Lastleistung ist proportional zu Vsinθ,
d.h. zu dem instantanen Wert der Netzversorgungsspannung. Der Strom, der von der
Netzstromversorgung gezogen wird, muß deshalb eine quadratische Wellenform sein
mit einem Leistungsfaktor von eins und Phase.
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Die beschriebene Schaltung besitzt so Vorteile gegenüber herkömmlichen
Batterielade-Schaltungen oder kapazititiven Eingangsfiltern, die Ströme nehmen mit einem
Leistungsfaktor ungleich eins und mit einem Oberwellengehalt, der dazu neigt, gegen
Bestimmungen zu verstoßen, die sich auf den Oberwellengehalt von
Netzversorgungsstrom beziehen.
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Die Schaltung aus Figur 4 weist die gleichen Vorteile auf.