DE69127082T2 - Resonanzwechselrichter - Google Patents

Resonanzwechselrichter

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf Wechselrichter.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird nun in beispielhafter Aufzählung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
  • Figur 1 ein Schaltungsschema eines Wechselrichters gemaß dieser Erfindung ist,
  • Figur 2 ein Schema einer Regeischaltung des Wechselrichters,
  • Figuren 3 und 4 alternative Lasten darstellen, die von dem Wechselrichter versorgt werden können, und
  • Figur 5 ein Schaltungsschema einer modifizierten Form des Wechselrichters dieser Erfindung ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Leistungsabgabe des Wechselrichters bzw. Inverters kann so durch Variieren der Einstellung des Potentiometers 53 geregelt werden.
  • Der Wechselrichter kann verwendet werden, um verschiedene Lasten zu speisen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • I = V/ωL
  • wobei V die Spannung ist, die parallel zu dem Schwingkreis angelegt wird, und L ist der induktive Widerstand der Schaltung.
  • 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:
  • I = V/ωL cos φ
  • 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.
  • 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.
  • wobei Vsinθ der instantane Wert der Versorgungsspannung ist.
  • Die der Last zugeführte Leistung ist gegeben durch:
  • wobei Vload die Spannung über bzw. parallel zu der Last ist.
  • 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.
  • 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.
  • Die Schaltung aus Figur 4 weist die gleichen Vorteile auf.

Claims (7)

1. Schaltung einschließlich eines Wechselrichters, um Leistung bzw. Strom von einer Gleichstromquelle (10) einer Last (80) zuzuführen, und die eine Resonanzschaltung bzw. einen Schwingkreis einschließlich eines Kondensators (42) und einer Induktionsspule bzw. Induktors (40) umfaßt, eine erste Hauptschalteinrichtung (20), vorgesehen, um Strom von der Gleichstromquelle in einer Richtung durch den Kondensator (42) und die Induktionsspule (40) zu leiten, eine zweite Hauptschalteinrichtung (30), vorgesehen, um Strom von der Gleichstromquelle durch den Kondensator (42) und die Induktionsspule (40) in die entgegengesetzte Richtung zu leiten, und eine Treibereinrichtung, um die Schalteinrichtungen (20, 30) zu veranlassen, abwechselnd zu leiten, wobei die Treibereinrichtung einen Treibertransformator (44) umfaßt, der eine Primärwicklung in Serie mit dem Kondensator (42) und der Induktionsspule (40) aufweist und zwei Sekundärwicklungen (24, 34), vorgesehen, um den entsprechenden Hauptschalteinrichtungen (20, 30) Treiber- bzw. Steuersignale zur Verfügung zu stellen, in welcher der Wechselrichter mit einer Steuereinrichtung (50) versehen ist zum Steuern des Schaltens der Hauptschalteinrichtung (20, 30), die Steuereinrichtung (50) eine Einrichtung zum Fühlen einer Umkehr von Strom in dem Schwingkreis umfaßt, eine Einrichtung zum Abschalten der Schalteinrichtung (20, 30), die den entgegengerichteten Strom für eine vorherbestimmte Zeit nach Stromumkehr leitet, und eine Einrichtung (53) zum Variieren der vorherbestimmten Zeit, gekennzeichnet dadurch, daß die Last (80) parallel zu dem Kondensator (42) oder der Induktionsspule (40) des Schwingkreises geschaltet ist, und durch einen Gleichrichter (10) zur Verbindung mit einer Wechselstromversorgung (L, N), um ungeglättete, gleichgerichtete Wechselstromleistung als die Gleichstromquelle zur Verfügung zu stellen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, in der die Einrichtung zum Fühlen einer Umkehr von Strom einen zusätzlichen Transformator (60) umfaßt, der eine Primärwicklung (61) besitzt, die in den Schwingkreis geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung (62), die mit einer Synchronisierungs- bzw. Zeitgebereinrichtung (52) verbunden ist, betreibbar um ein Signal zum Ausschalten der Rauptschalteinrichtung (30) nach der vorherbestimmten Zeit zur Verfügung zu stellen.
3. Schaltung nach Anspruch 2, in der die Einrichtung zum Ausschalten der Hauptschalteinrichtung (30) eine sekundäre Schalteinrichtung (51) umfaßt, die parallel zu der in Verbindung gebrachten Sekundärwicklung (34) des Treibertransformators (44) geschaltet ist, um so die Ansteuerung von der Hauptschalteinrichtung (30) zu entfernen, wenn die sekundäre Schalteinrichtung (51) durch das Signal von der Zeitgebereinrichtung (52) eingeschaltet wird.
4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Treibertransformator (44) einen Kern aus magnetisierbarem Material mit einer quadratischen Hystereseschleifen-Kennlinie besitzt, so daß dem Ausschalten der Hauptschalteinrichtung (30) eine vorherbestimmte Zeit nach Stromumkehr folgend die andere Hauptschalteinrichtung (20) durch Sättigung des Treibertransformators (44) nach einer Zeitdauer von der nächsten Stromumkehr ausgeschaltet wird, die gleich der vorherbestimmten Zeit ist.
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die ersten und zweiten Hauptschalteinrichtungen (20, 30) in Serie parallel zu der Gleichstromquelle geschaltet sind, zwei Kondensatoren (21, 31) in Serie parallel zu der Gleichstromquelle geschaltet sind und der Kondensator (42) und die Induktionsspule (40) des Schwingkreises in Serie zwischen der Verbindung der zwei Kondensatoren (21, 31) und der Verbindung der Hauptschalteinrichtungen (20, 30) geschaltet sind.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der die ersten und zweiten Hauptschalteinrichtungen (20, 30) in Serie parallel zu der Gleichstromquelle geschaltet sind, und dritte und vierte Rauptschalteinrichtungen (120, 130) parallel zu der Gleichstromquelle geschaltet sind, um eine Brückenschaltung mit den ersten und zweiten Hauptschalteinrichtungen (20, 30) zu bilden, wobei der Kondensator (42) und die Induktionsspule (40) des Schwingkreises in Serie zwischen der Verbindung der ersten und zweiten Hauptschalteinrichtungen (20, 30) und der Verbindung der dritten und vierten Rauptschalteinrichtungen (120, 130) geschaltet sind, und der Treibertransformator (44) zusätzliche Sekundärwicklungen (124, 134) besitzt, vorgesehen, um den dritten bzw. vierten Hauptschalteinrichtungen (120, 130) Treiber- bzw. Steuersignale zur Verfügung zu stellen, so daß die Hauptschalteinrichtungen (20, 120; 30, 130) in entgegengesetzten Armen der Brückenschaltung gleichzeitig angeschaltet werden.
7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der jede der Hauptschalteinrichtungen (20, 30, 120, 130) ein Transistor ist.
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