NL7900418A

NL7900418A - DC INVERTER.

Info

Publication number: NL7900418A
Application number: NL7900418A
Authority: NL
Original assignee: Bemmel Theodorus Van
Priority date: 1979-01-18
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1980-07-22
Also published as: IT1129669B; FR2447109A1; IN152555B; AU5466180A; IT8019186A0; DE3001074A1; GB2040086A

Description

* * r VO 6686* * r VO 6686

Theodorus van Bemmel Beaumaris, Victoria, Australië.Theodorus van Bemmel Beaumaris, Victoria, Australia.

Gelijkspanningsomvormer.DC voltage converter.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een '.gelijkspanningsomvormer, waarmee een aan de ingang daarvan aangelegde gelijkspanning kan worden omgezet in een andere gewenste vorm, bijvoorbeeld een periodiek wisselende spanning, die dan aan een belasting wordt 5 aangelegd. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een gelijkspanningsomvormer te gebruiken in combinatie met een gelijkspan-ningsbron, waarvan de nominale spanning E - in de loop van de tijd, wanneer energie daaraan wordt onttrokken, verandert* Zoals bijvoorbeeld bij een batterij het geval is, en met een belasting, die voor voedings-10 spanningsvariaties gevoelig is, zoals bijvoorbeeld een gloeilamp, verandert de spanning van zulk een gelijkspanningsbron.The invention generally relates to a DC voltage converter, with which a DC voltage applied at its input can be converted into another desired form, for example a periodically varying voltage, which is then applied to a load. More particularly, the invention relates to a DC converter to be used in combination with a DC voltage source whose nominal voltage E changes over time as energy is drawn from it, as is the case with a battery, for example. And, with a load sensitive to supply voltage variations, such as, for example, an incandescent lamp, the voltage of such a DC voltage source changes.

Bekende uitvoeringen van gelijkspanningsomvormers hebben in het algemeen het bezwaar, dat de daardoor geïntroduceerde verliezen relatief hoog zijn, hetgeen ongunstig is voor het uiteindelijke rendement, 15 dat bijvoorbeeld niet hoger is dan 80%. In het bijzonder wanneer een dergelijke geli jkspanningsomvormer moet worden gebruikt om vanuit een batterij één of meer gloeilampen te voeden, is het van belang, dat de door de omvormer geïntroduceerde verliezen gering zijn. Tevens is het van belang, dat bij relatief hoge energieniveaus de warmtedissipatie in 20 de omvormer zelf, meer in het bijzonder onderdelen daarvan, zo gering mogelijk is, teneinde de fabricagekosten terug te kunnen brengen en de fysische afmetingen van het geheel te kunnen verkleinen.Known embodiments of DC converters generally have the drawback that the losses introduced thereby are relatively high, which is unfavorable for the ultimate efficiency, which for instance does not exceed 80%. Particularly when such an equal voltage converter is to be used to supply one or more incandescent lamps from a battery, it is important that the losses introduced by the converter are small. It is also important that, at relatively high energy levels, the heat dissipation in the inverter itself, more particularly parts thereof, is as small as possible, in order to be able to reduce the manufacturing costs and to reduce the physical dimensions of the whole.

Met de uitvinding is in eerste aanleg beoogd een dergelijke geli jkspanningsomvormer zodanig in te richten en te dimensioneren, dat 25 de daardoor veroorzaakte verliezen zo gering mogelijk zijn en het rendement wordt verbeterd.The object of the invention in the first instance is to arrange and dimension such a direct voltage converter in such a way that the losses caused thereby are as small as possible and the efficiency is improved.

Een geli jkspanningsomvormer omvattende ingangsaansluitingen voor het vormen van een verbinding met een gelijkspanningsbron voor het afgeven van een gelijkspanning met een nominale waarde E uit-30 gangsaansluitingen voor het vormen van een verbinding met een belasting, 790 04 1 8 * 2A DC voltage converter including input terminals for connecting a DC voltage source for outputting a DC voltage with a nominal value E output-30 terminals for connecting a load, 790 04 1 8 * 2

VV

een als schakelelement dienende transistor en stuursignaalmiddelen voor het teweegbrengen van een stuursignaal, waardoor de transistor periodiek in de verzadiging kan worden gebracht, is daartoe volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat genoemde stuursignaalmiddelen zijn 5 ingericht voor het teweegbrengen van uitsluitend rechtstreeks vanaf de ingangsaansluitingen afgeleide stuurpulsen, die elk een geleidelijk dalende achterflank hebben, terwijl de verhouding X tussen de breedte van deze stuurpulsen en de herhalingsfrequentie daarvan een zodanige waarde heeft, dat door de transistor over de uitgangsaansluitingen in hoofdzaak rechthoekige pulsen worden ontwikkeld, waarvan de effectieve waarde volgens een vooraf gekozen verhouding kleiner is dan de genoemde nominale waarde E^^ van de gelijkspanningsbron.a transistor and control signal means serving as a switching element for producing a control signal, whereby the transistor can be periodically saturated, according to the invention for this purpose characterized in that said control signal means are adapted to produce control pulses derived directly from the input terminals. , each of which has a gradually decreasing trailing edge, while the ratio X between the width of these control pulses and the repetition frequency thereof has such a value that substantially transverse pulses are generated by the transistor over the output terminals, the effective value of which is selected according to a preselected ratio is less than the stated nominal value E ^ ^ of the DC voltage source.

Met een dergelijke gelijkspanningsomvormer is het mogelijk om, wanneer als gelijkspanningsbron gebruik wordt gemaakt van een batterij, 15 de effectieve waarde van de over de belasting ontwikkelde spanning en daarmee de er aan afgegeven energie, in hoofdzaak constant te houden ondanks de omstandigheid, dat de nominale batterij spanning,naarmate meer energie daaraan wordt onttrokken, zal dalen.With such a DC converter it is possible, when a battery is used as the DC voltage source, to keep the effective value of the voltage developed over the load and thus the energy delivered to it, substantially constant despite the fact that the nominal battery voltage will decrease as more energy is drawn from it.

Volgens een verder aspect van de uitvinding is een gelijk- 20 spanningsomvormer zodanig ge limensioneerd, dat de effectieve waarde van de in hoofdzaak rechthoekige pulsen,die via de transistor aan de belasting worden toegevoerd, overeenkomt met de waarde tot waaraan de spanning van de batterij bij het einde van de levensduur daarvan zal zijn gedaald. Bij een door één of meer gloeilampen gevormde belastingen 25 heeft zulks in het bijzonder het voordeel, dat gedurende de volledige levensduur van de batterij de lichtopbrengst vrijwel constant is, en de levensduur van de lamp of lampen is verlengd. Door de gemaakte keuze is namelijk de levensduur van deze lampen aangepast aan die van de batterij.According to a further aspect of the invention, a DC voltage converter is dimensioned such that the effective value of the substantially rectangular pulses supplied to the load via the transistor corresponds to the value to which the voltage of the battery at the end of its life will have decreased. In the case of loads 25 formed by one or more incandescent lamps, this has in particular the advantage that the light output during the entire life of the battery is almost constant, and the life of the lamp or lamps is extended. Because of the choice made, the life of these lamps is adapted to that of the battery.

3030

De door de wolfraam gloeidraad van een gloeilamp veroorzaakte 6 zichtbare lichtstraling is ongeveer evenredig met de 3,6 -macht van de aan de lamp aangeboden spanning, terwijl de levensduur van zulk een e gloeidraad omgekeerd evenredig is met de 12 -macht van de aangeboden spanning. Er bestaat derhalve een effectieve waarde van de aan de 35 gloeidraad van zulk een lamp aangelegde spanning, die is bepaald door de energie-inhoud van de batterij waarbij de levensduur van de gloeidraad en derhalve die van de lamp, die van de batterij gaat naderen 790 04 1 8 3 * en waarbij voor deze effectieve waarde de lichtstraling zich optimaliseert.The 6 visible light radiation caused by the tungsten filament of an incandescent lamp is approximately proportional to the 3.6 power of the voltage applied to the lamp, while the life of such an e filament is inversely proportional to the 12 power of the voltage offered . Therefore, there is an effective value of the voltage applied to the filament of such a lamp, which is determined by the energy content of the battery with the life of the filament, and therefore that of the lamp, approaching the battery 790 04 1 8 3 * and where the light radiation optimizes for this effective value.

Voor een gebruikelijke Leclanche-batterij, die bijvoorbeeld is samengesteld uit vier met elkaar in serie verbonden cellen, geldt, dat 5 wanneer zulk een batterij wordt verbonden met een gloeilamp, deze lamp in eerste aanleg de nominale batterij spanning van 6,3 volt krijgt aangeboden, terwijl naarmate energie is onttrokken aan de batterij en de aan de lamp aangeboden spanning is gedaald tot 4,5 volt, de lichtopbrengst van de lamp is verminderd met een factor van circa 10 3,36.For a conventional Leclanche battery, which is, for example, composed of four series-connected cells, when such a battery is connected to an incandescent lamp, this lamp is initially offered the nominal battery voltage of 6.3 volts While as energy has been drawn from the battery and the voltage applied to the lamp has fallen to 4.5 volts, the light output of the lamp has decreased by a factor of approximately 3.36.

Tevens geldt, dat, wanneer de lamp een spanning van 6,3 volt krijgt aangeboden, de levensduur daarvan 16 maal korter is dan wanneer deze lamp zou werken bij een spanning van 5,0 volt, terwijl deze levensduur 56,7 maal zou worden verlengd, indien de lamp zou werken bij een 15 spanning van 4,5 volt. Uit deze beschouwingen blijkt, dat in het bijzonder in de beginperiode, gedurende welke de batterij nog de volle nominale spanning levert, de gloeidraad van een daarmee verbonden lamp de meeste schade ondervindt.Also, when the lamp is supplied with a voltage of 6.3 volts, its life is 16 times shorter than if this lamp were operated at a voltage of 5.0 volts, while this life would be extended 56.7 times. if the lamp were to operate at a voltage of 4.5 volts. These considerations show that, especially in the initial period, during which the battery still supplies the full nominal voltage, the filament of a lamp connected thereto is most damaged.

Een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding biedt nu 20 een aantrekkelijke mogelijkheid om, wanneer één of meer gloeilampen vanuit een batterij moeten worden gevoed, te bewerkstelligen, dat de aan de lamp of lampen aangeboden bedrijfsspanning over vrijwel de volledige levensduur van de batterij een constante waarde behoudt, die gelijk is aan de waarde van de batterij spanning, die is bereikt wanneer 25 de batterij aan het eind van zijn levensduur is gekomen. Daarbij wordt ten aanzien van de lamp of lampen een zodanige keuze gemaakt, dat de werkspanning daarvan is aangepast aan deze door de gelijkspannings- licht- omvormer af gegeven uitgangsspanning, waarbij de/opbrengst van de lamp of lampen dan optimaal zal zijn.A DC converter according to the invention now offers an attractive possibility, when one or more incandescent lamps are to be powered from a battery, to ensure that the operating voltage applied to the lamp or lamps maintains a constant value over almost the entire life of the battery, which is equal to the value of the battery voltage reached when the battery has reached the end of its life. With regard to the lamp or lamps, such a choice is made that the operating voltage thereof is adapted to this output voltage supplied by the DC voltage converter, the yield of the lamp or lamps then being optimal.

30 De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening. In de tekening is: fig. 1 een schema van een bekende uitvoeringsvorm van een gelijkspanningsomzetterï fig. 2 een schema van een andere bekende uitvoeringsvorm van 35 een gelijkspanningsomzetter; fig. 3 een principe-schema ter illustratie van de grondslagen 790 04 1 8 * 4 ' waarop een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding berust; fig. 4 een nader uitgewerkt schema van een uitvoeringsvorm van een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding via welke een belasting, meer in het bijzonder een gloeilamp, vanuit een batterij 5 kan worden gevoed; fig. 5 een golfvormdiagrarn ter illustratie van de in een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding werkzame stuursignaalpulsen; fig. 6 een golfvormdiagrarn ter illustratie van de door een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding ontwikkelde uitgangs-10 pulsen; fig. 7 een golfvormdiagrarn ter illustratie van een alternatieve mogelijkheid voor stuursignaalpulsen, die werkzaam kunnen zijn in een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding; fig. 8 een golfvormdiagrarn ter illustratie van de bij een 15 dergelijke gelijkspanningsomvormer verkregen uitgangspulsen; fig. 9 een golfvormdiagrarn ter illustratie van de organisatie en werking van een alternatieve uitvoeringsvorm van een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding; fig. 10 een grafische voorstelling ter illustratie van de 20 afhankelijkheid tussen een in een gelijkspanningsomvormer volgens de uitvinding werkzame hulpspanning en de aangelegde batterij spanning; fig. 11 een schema van een corrigerende keten, die kan worden toégepast in de uitvoeringsvormen van de soort als weergegeven in de figuren 3 en 4; 25 fig. 12 een grafische voorstelling ter illustratie van de werking van de in fig. 11 weergegeven corrigerende keten; en fig. 13 een grafische voorstelling ter verdere illustratie i j van de afhankelijkheid tussen de in een gelijkspanningsomvormer volgens : de uitvinding werkzame hulpspanning en de aangelegde batterijspanning. · 30 Fig. 1 toont een eerste bekende uitvoeringsvorm van een ge lijkspanningsomvormer, waarbij met gebruikmaking van een resonantie-keten, uitgaande van een aangeboden gelijkspanning V^, over een belasting, een wisselspanning V^t teweeg kan worden gebracht. Via een terugkoppelketén wordt van deze uitgangsspanning een besturingsspanning 35 afgeleid, waardoor de werk-rustverhouding van de als schakelelement dienende transistor kan worden gevarieerd. Ter verkrijging van een om-zettingsrendement van ongeveer 80% is een zelfinductie met lage verliezen vereist, welke zelfinductie een relatief groot volume vereist.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 is a diagram of a known embodiment of a DC converter. Fig. 2 is a diagram of another known embodiment of a DC converter; FIG. 3 is a principle diagram illustrating the bases 790 04 1 8 * 4 'on which a DC converter according to the invention is based; Fig. 4 shows a further elaborated diagram of an embodiment of a DC voltage converter according to the invention via which a load, more in particular an incandescent lamp, can be supplied from a battery 5; FIG. 5 is a waveform diagram illustrating the control signal pulses operating in a DC converter according to the invention; FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the output pulses developed by a DC converter according to the invention; FIG. 7 is a waveform diagram illustrating an alternative possibility for control signal pulses which may operate in a DC converter according to the invention; FIG. 8 is a waveform diagram illustrating the output pulses obtained from such a DC converter; FIG. 9 is a waveform diagram illustrating the organization and operation of an alternative embodiment of a DC converter according to the invention; Fig. 10 is a graphical representation illustrating the dependence between an auxiliary voltage operating in a DC voltage converter according to the invention and the applied battery voltage; Fig. 11 is a schematic of a corrective circuit which can be used in the embodiments of the kind shown in Figs. 3 and 4; Fig. 12 is a graph illustrating the operation of the corrective circuit shown in Fig. 11; and FIG. 13 is a graphic representation to further illustrate the dependence between the auxiliary voltage operating in a DC converter according to the invention and the applied battery voltage. Fig. 1 shows a first known embodiment of a DC voltage converter, in which an AC voltage V ^ t can be produced using a resonance circuit, starting from an applied DC voltage V ^ over a load. A control voltage 35 is derived from this output voltage via a feedback circuit, as a result of which the working-rest ratio of the transistor serving as a switching element can be varied. To obtain a conversion efficiency of about 80%, a low loss self-inductance is required, which self-inductance requires a relatively large volume.

.790 0 4 18 5 #.790 0 4 18 5 #

De besturingsspanning wordt hierbij afgeleid door toepassing van een differentiaalversterker 1 en een spanning-stroomomzetter 2, die via de zelfinductie de basisemitterstroom levert voor de schakel-transistor T.The control voltage is derived by using a differential amplifier 1 and a voltage-current converter 2, which provides the basic emitter current for the switching transistor T via the self-inductance.

5 Fig. 2 toont een andere bekende uitvoeringsvorm van een ge- lijkspanningsomzetter,waarbij uitgaande van een aangelegde gelijkspanning , aan de uitgang een gelijkspanning met een daarvan afwijkende waarde over een belasting kan worden ontwikkeld. Op soortgelijke wijze als bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 wordt hierbij van het 10 uitgangssignaal via een differentiaalversterker 3 en een pulsvormer 4 een schakeltransistor 5 bestuurd. Door de pulsen van de pulsvormer 4 wordt deze transistor telkens in de verzadiging gebracht, waarbij de werk-rustverhouding van deze pulsen bepalend is voor de uitgangsspan-ning Ook .bij deze bekende uitvoeringsvorm dient een zelfinductie 15 met lage verliezen te worden toegepast, waarbij in het algemeen een rendement van circa 80% kan worden bereikt.FIG. 2 shows another known embodiment of a DC voltage converter, in which, starting from an applied DC voltage, a DC voltage of a different value can be developed over a load at the output. In a similar manner as in the embodiment according to Fig. 1, a switching transistor 5 of the output signal is controlled via a differential amplifier 3 and a pulse shaper 4. The pulses of the pulse shaper 4 each time bring this transistor into saturation, the rest-work ratio of these pulses being decisive for the output voltage. In this known embodiment, a self-inductance with low losses must also be used, in which in general, an efficiency of about 80% can be achieved.

De met de uitvinding beoogde doeleinden worden in beginsel /;en van de gelijkspanningsomvormer deel uitmakende schakeltransistor, die is aangesloten tussen een voedingsbron en 20 een belasting, pulserend in en uit een verzadigingstoestand wordt gebracht door besturingspulsen. De werk-rusttijdsintervallen van de besturingspulsen worden in afhankelijkheid van de voedingsspanning zodanig bepaald, dat de effectieve waarde van de over de belasting ontwikkelde spanning over een breed gebied, waarover de waarde van de 25 voedingsspanning kan variëren, constant of vrijwel constant is.The objects contemplated by the invention are in principle a switching transistor forming part of the DC converter, which is connected between a power source and a load is pulsed in and out of a saturation state by control pulses. The operating rest periods of the control pulses are determined in dependence on the supply voltage such that the effective value of the voltage developed across the load over a wide range over which the value of the supply voltage may vary is constant or nearly constant.

De hiertoe vereiste werk- en rusttijdsintervallen van de besturingspulsen kunnen volgens de uitvinding worden verkregen door het bij elkaar voegen van twee spanningen en wel een eerste periodiek variërende spanning, zoals een relaxatiespanning met een geleidelijk 30 dalende achterflank, zoals bijvoorbeeld gegeven door een e-functie, zoals geldend is wanneer een geladen condensator via een parallel daarmee verbonden weerstand wordt ontladen, en een tweede spanning, die is gegeven als de som van een volgens een vaste verhouding aan de voedingsspanning gerelateerde spanning enerzijds en een constante negatieve 35 spanning anderzijds. (Uitgegaan wordt van een ketenconfiguratie, waar- 790 0418 6 * van de hoofdvoedingsleiding zich op een positieve potentiaal bevindt).The operating pulses and rest time intervals of the control pulses required for this purpose can be obtained according to the invention by adding two voltages together, namely a first periodically varying voltage, such as a relaxation voltage with a gradually decreasing trailing edge, as given, for example, by an e-function as is valid when a charged capacitor is discharged through a parallel connected resistor, and a second voltage, which is given as the sum of a voltage related to the supply voltage according to a fixed ratio on the one hand and a constant negative voltage on the other hand. (Assuming a chain configuration, 790 0418 6 * of the main supply line is at a positive potential).

De topwaarde van de bovenbedoelde eerste spanning is gegeven als de som van een constant gedeelte van de voedingsspanning, zoals bepaald door de 'voedingsbron, d.i. bijv. een batterij, en een constante spanning.The peak value of the above first voltage is given as the sum of a constant portion of the supply voltage, as determined by the power source, i.e., e.g., a battery, and a constant voltage.

5 De som van deze eerste en tweede spanningen wordt ofwel rechtstreeks ofwel via een als schakelaar of versterker werkzaam netwerk aangelegd tussen de basis en de emitter van de pulserend werkzame 'transistor.The sum of these first and second voltages is applied either directly or via a network acting as a switch or amplifier between the base and the emitter of the pulsating transistor.

Het verdient aanbeveling, de herhalingsfrequentie van de aan 10 deze transistor toe te voeren besturingspulsen dusdanig hoog te kiezen dat wanneer de belasting van de gelijkspanningsomvormer door één of meer gloeilampen is gevormd de lichtopbrengst daarvan constant blijft gedurende de zich herhalende cycli. Voor een gloeilamp die b.v. 90 mA gelijkstroom opneemt bij een gelijkspanning van 5 V, blijkt b.v. een 15 frequentie van 2 kHz goed te voldoen. Een verhoging van de frequentie tot 100 kHz blijkt geen noemenswaardige verandering in het gedrag van de keteninrichting te geven. In het algemeen hangt de keuze van de frequentie af van de soort van de belasting.It is recommended that the repetition frequency of the control pulses to be supplied to this transistor be chosen so high that when the load of the DC converter is formed by one or more incandescent lamps, the light output thereof remains constant during the repetitive cycles. For an incandescent lamp, e.g. 90 mA DC current at a DC voltage of 5 V, it appears e.g. a 15 frequency of 2 kHz. An increase of the frequency to 100 kHz does not appear to produce a significant change in the behavior of the chain arrangement. In general, the choice of frequency depends on the type of load.

De in het voorafgaande bedoelde eerste periodiek variërende 20 spanning behoeft niet noodzakelijkerwijs het aangegeven verloop te hebben. Binnen het kader van de onderhavige uitvinding is het ook mogelijk gebruik te maken van besturingspulsen, waarvan zowel de voor-flank alswel de achterflank volgens een sinusfunctie verloopt (zoals bijvoorbeeld in fig. 7 is weergegeven) ,waarbij het gebied waarover de 25 aldus gevormde besturingspulsen werkzaam zijn, kan liggen tussen ofwel 0 en-90° ofwel tussen 0 en 180°, waarbij de topwaarde van de amplitude van dergelijke pulsen.evenredig is met de door de gelijkspanningsbron afgegeven voedingsspanning.The aforementioned first periodically varying voltage need not necessarily have the specified course. Within the scope of the present invention it is also possible to make use of control pulses, the front edge and the rear edge of which follow a sine function (as shown for example in Fig. 7), the area over which the control pulses thus formed can be between 0 and -90 ° or between 0 and 180 °, the peak value of the amplitude of such pulses being proportional to the supply voltage supplied by the DC voltage source.

Wanneer de voedingsbron is samengesteld uit twee batterijen 30 met in hoofdzaak gelijke eigenschappen, kunnen binnen het kader van de onderhavige uitvinding, deze batterijen ofwel in serie met elkaar ofwel parallel met elkaar worden aangesloten, De in het voorafgaande geschetste beginselen, waarop de onderhavige uitvinding steunt, gelden dan voor deze beide situaties. · 35 Wanneer als voedingsbron beschikbaar zijn twee batterijen, is het binnen het kader van de uitvinding ook mogelijk om de ene aansluiting van een belasting te verbinden met de positieve aansluiting van één van de batterijen en de andere aansluiting van deze belasting te verbinden met de negatieve aansluiting van de andere batterij.When the power source is composed of two batteries 30 having substantially similar properties, within the scope of the present invention, these batteries may be connected either in series with each other or in parallel with each other. The principles outlined above upon which the present invention is based , then apply to both these situations. Within the scope of the invention, if two batteries are available as a power source, it is also possible to connect one terminal of a load to the positive terminal of one of the batteries and the other terminal of this load to connect to the negative terminal. connection of the other battery.

40 Hierbij is dan een schakelketen werkzaam om met een zekere schakel- 790 04 1 8 * 7 frequentie deze batterijen afwisselend in serie met elkaar of parallel net elkaar aan te sluiten, waarbij in plaats van een gewenste verhouding tussen de werk- en rusttijdsintervallen van besturingspulsen, bij deze uitvoeringsvorm de verhouding tussen de tijdsintervallen t^ (een 5 tijdsinterval, waarover de batterijen in serie met elkaar zijn verbonden) en t^ (een tijdsinterval,waarover de batterijen parallel met elkaar zijn verbonden) in afhankelijkheid van de batterijspanning V verandert, zodanig, dat de aan de belasting afgegeven energie in hoofdzaak constant blijft.40 A switching circuit is then operative to connect these batteries alternately in series with each other or in parallel with a certain switching frequency 790 04 1 8 * 7, whereby instead of a desired ratio between the operating and resting time intervals of control pulses , in this embodiment, the ratio between the time intervals t ^ (a time interval, over which the batteries are connected in series) and t ^ (a time interval, over which the batteries are connected in parallel) changes depending on the battery voltage V, such that the energy delivered to the load remains substantially constant.

10 Een voordeel van deze opzet is, dat de topwaarde van de door de batterijen af te geven stroom wordt verminderd, hetgeen een gunstige invloed heeft op het energierendement. ,An advantage of this design is that the peak value of the current to be delivered by the batteries is reduced, which has a favorable influence on the energy efficiency. ,

Aangezien bij in het voorafgaande behandelde uitvoeringsvormen van de uitvinding voor de besturingspulsen gebruik wordt gemaakt ofwel 15 van pulsen met een volgens een e-functie dalende achterflank, ofwel waarvan van pulsen, /*: zowel de voorflank alswel de achterflank volgens een sinusfunctie verlopen, is het eenvoudig om de daartoe dienende elektronische ketens te realiseren zonder dat het nodig is gebruik te maken van componenten, die een relatief groot volume innemen ofwel die moeten 20 zijn gekozen binnen nauwe tolerantiegrenzen. De uitvinding leent zich derhalve bijzonder goed voor toepassing van geïntegreerde ketentechnieken, waarbij het mogelijk is ketenvoorzieningen te realiseren met bijzonder geringe afmetingen en zonder dat variaties in de toleranties van de gebruikte componenten de prestatie van het geheel nadelig zullen 25 beïnvloeden. De enige als kritisch te beschouwen componenten zijn een Zenerdiode voor het vormen van de constante negatieve spanning (V , 2j fig. 3 en 4) en de weerstanden R^, R^, en R^ (fig. 3 en 4).Since the control pulses used in the previously discussed embodiments of the invention use either pulses with a trailing edge falling according to an e-function, or of which pulses, / *: both the leading edge and the trailing edge follow a sine function. it is simple to realize the appropriate electronic circuits without the need to use components which occupy a relatively large volume or which must be chosen within narrow tolerance limits. The invention therefore lends itself particularly well to the application of integrated chain techniques, wherein it is possible to realize chain facilities with particularly small dimensions and without variations in the tolerances of the components used will affect the performance of the whole. The only components to be considered critical are a Zener diode for forming the constant negative voltage (V, 2j, Figures 3 and 4) and resistors R 1, R 1, and R 1 (Figures 3 and 4).

Aangezien gelijkspanningsomvormers volgens de uitvinding kunnen worden gerealiseerd in uitvoeringen, die een gering volume innemen, is 30 de uitvinding goed toepasbaar voor bijvoorbeeld handlampen en dergelijke.Since direct current converters according to the invention can be realized in embodiments which occupy a small volume, the invention is well applicable for eg hand lamps and the like.

De werking en uitvoering van enige op in het voorafgaande geschetste grondslagen gebaseerde uitvoeringsvormen van de uitvinding zullen in het onderstaande nader worden behandeld en geanalyseerd.The operation and implementation of some embodiments of the invention based on the principles outlined above will be further discussed and analyzed below.

35 Fig. 5 geeft een golfvormdiagram ter illustratie van de wijze 790 04 1 8 8 waarop de voor de schakeltransistor dienende besturingspulsen volgens de uitvinding kunnen worden gevormd voor het geval dat gebruik wordt gemaakt van pulsen, waarvan de achterflank daalt volgens een e-functie. In het algemeen is een dergelijke functie gegeven door: 5 V = Vp.e-t/RC (1) hierin is Vp de top- of piekwaarde van deze spanning, die bijvoorbeeld gelijk kan zijn aan de door de desbetreffende batterij afgegeven spanning V , terwijl R en C de weerstand en condensator zijn van de 10 keten,waarover de ontlading plaatsvindt. Een '"werk"-tijdsinterval t w van een besturingspuls in dit verband, kan, uitgaande van de vergelijking (1) worden geschreven als: t = RC.ln VP (2) vFIG. 5 is a waveform diagram illustrating the manner in which the control pulses for the switching transistor of the invention according to the invention can be generated in case pulses are used whose back edge drops according to an e-function. In general, such a function is given by: 5 V = Vp.et/RC (1) herein, Vp is the peak or peak value of this voltage, which may, for example, be equal to the voltage V supplied by the respective battery, while R and C are the resistor and capacitor of the 10 circuit over which the discharge takes place. A "working" time interval t w of a control pulse in this regard, based on the equation (1), can be written as: t = RC.ln VP (2) v

De periode van de in het voorafgaande bedoelde eerste periodiek vari-15 erende spanning en welke periode is gegeven als de som van een werk-interval t^ en een rustinterval t^ geldend voor de besturingspulsen kan worden geschreven als: t + t RC.ln VP (3) w r -The period of the aforementioned first periodically varying voltage and which period is given as the sum of a working interval t ^ and a resting interval t ^ applying to the control pulses can be written as: t + t RC.ln VP (3) wr -

VV

LL

Uitgaande van de vergelijkingen (2) en (3) kan voor de verhouding τ 20 worden geschreven:Starting from equations (2) and (3), the ratio τ 20 can be written:

t Vt V

τ = _w - _0_ (4) t + t vτ = _w - _0_ (4) t + t v

w r ln _Zw r ln _Z

VLVL

De grootte van de spanning V , die bepalend is voor de schakeldrempel, waarbij de transistor al of niet geleidend wordt, kan uit de vergelijking (4) worden afgeleid en worden geschreven als: 7900413 *The magnitude of the voltage V, which determines the switching threshold at which the transistor becomes conductive or not, can be derived from the equation (4) and written as: 7900413 *

VV

9 V^ τΤ -τ.ΐη Ρ Ο = Vp.e — (5)9 V ^ τΤ -τ.ΐη Ρ Ο = Vp.e - (5)

LL

Aannemende, dat de piekspanning Vp overeenkomt met de batterij spanning Vcc ^311 ver9e^-^3^^n9 (4) als volgt worden geschreven:Assuming that the peak voltage Vp corresponds to the battery voltage Vcc ^ 311 ver9e ^ - ^ 3 ^^ n9 (4) are written as follows:

V VV V

ln_JL iii ~ln_JL iii ~

V VV V

---o .—=2- (6)--- o .— = 2- (6)

V VV V

m -£. m -CCm - £. m -CC

VL VLVL VL

5 Ervan uitgaande, dat door de transistor aan de uitgang van de gelijk-spanningsonvormer pulsvormige stromen aan de belasting worden toegevoerd (fig. 6) geldt, dat, wanneer over deze belasting een pulserende spanning met een de cyclus bepalende parameter Q en een in hoofdzaak constante effectieve waarde V wordt ontwikkeld, dat: erf 10 V = (V - V ) (τ (7) eff CC SAT' o' v 'Assuming that pulse-shaped currents are supplied to the load by the transistor at the output of the DC voltage converter (Fig. 6), when a pulsating voltage with a cycle-determining parameter Q and a substantially variable voltage constant effective value V is developed, which is: yard 10 V = (V - V) (τ (7) eff CC SAT 'o' v '

Voor een schakelketen,die omschakelt bij een spanningsniveau van 0 volt, met andere woorden bij een spanning groter dan 0 bestaat er een werk-tijdsinterval, terwijl voor een spanning kleiner dan 0 een rusttijds-interval bestaat, wordt een periodiek variërende spanning met een 15 volgens een e-functie dalende achterflank toegevoegd bij een spanning die is gegeven door - (kV - C), waarin C een bepaalde constante voor-For a switching circuit that switches at a voltage level of 0 volts, in other words at a voltage greater than 0, there is an operating time interval, while for a voltage less than 0 there is a resting time interval, a periodically varying voltage with a according to an e-function descending trailing edge added at a voltage given by - (kV - C), where C has a certain constant

WWWW

stelt, waarbij de som van deze bij elkaar opgetelde spanningen wordt aangelegd aan de ingang van de schakelketen. Indien de schakelketen een schakeldrempel heeft, welke is gegeven door (ACCC “ B}, waarin A en B 20 eveneens bepaalde constanten voorstellen, kan hiermee rekening worden gehouden in de uitdrukking -(kV - C).where the sum of these accumulated voltages is applied to the input of the switching circuit. If the switching circuit has a switching threshold given by (ACCC "B}, in which A and B 20 also represent certain constants, this can be taken into account in the expression - (kV - C).

wwww

De werkelijke waarde van τ volgens vergelijking (6) en geldend in een keten volgens de uitvinding, zal afwijken van öe waarde volgens, vergelijking (7) en waarbij een constante effectieve spanning aan de belasting wordt aangeboden. Het verschil tussen en τ wordt de fout ε genoemd, die kan worden beschreven als: 790 04 1 8 - -·* io ·, _ vcc 'V Ί 2 ln kV - c eff kVCC ifn ε = To. τ. - — L J .n-The actual value of τ according to equation (6) and valid in a chain according to the invention will deviate from the value according to equation (7) and where a constant effective voltage is applied to the load. The difference between and τ is called the error ε, which can be described as: 790 04 1 8 - - · * io ·, _ vcc 'V Ί 2 ln kV - c eff kVCC ifn ε = To. τ. - - L J .n-

Het gemiddelde van de gequadrateerde fout kan worden geschreven als: y^CC2 ln -——Ί _l. f - kVcc"c dv (3) |vccJ ln ^ccThe mean of the squared error can be written as: y ^ CC2 ln -—— Ί _l. f - kVcc "c dv (3) | vccJ ln ^ cc

V VLV VL

CCJ L _CCJ L _

De optimale combinatie van de waardenTken C, waarbij de 5 grootte van ε minimaal is, kan worden afgeleid, door uitdrukking volgens (9) twee maal te differentiëren.The optimal combination of the values Tken C, where the magnitude of ε is minimal, can be derived by differentiating expression according to (9) twice.

In het onderstaande zal een voorbeeld worden behandeld ter illustratie van de wijze, waarop met behulp van een tabel en grafische voorstellingen parameters kunnen worden berekend van een keteninrich-10 ting volgens de uitvinding.An example will be discussed below to illustrate the manner in which parameters of a chain device according to the invention can be calculated by means of a table and graphical representations.

TABEL 1 1 2 3 4_5___. 6 _7____8___9__ v werke- CC τ V v V fout 11 jk ge" volt oL 0 O τ V Λ α meten e ff % ^______ ___________-________volts eff.TABLE 1 1 2 3 4_5___. 6 _7____8___9__ v actual CC τ V v V error 11 jk ge "volt oL 0 O τ V Λ α measure e ff% ^ ______ ___________-________ volts eff.

12.6 .1626 1.75 9.140 9.018 .1614 5.104 +2.08 5.20 15 12.0 .1795 1.65 8.404 8.374 .1830 5.048 +0.96 5.18 11.0 .2143 · 1.55 7.228 7.227 .2144 5.001 +0.02 5.10 10.0 .2603 1.45 6.049. ‘ 6.108 .2533 .4.952 -0.96 5.00 9.0 .3228. 1.35 4.878 4.989 .3110 4.908 -1.84 4.98 8.0 .4109 1.25 3.731 3.870 .3912 4.879 -2.42 4.90 20 7.0 .5407 1.15 2.636 2.751 .5171 4.890 -2.20 4.90 6.0 .7432 1.05 1.643 1.632 .7470 5.013 +0.26 5.00 5.8 .7972 1.03 1.462 1.407 .8195 5.050 +1.00 5.6 .8573 1.01 1.290 1.183 .9075 5.144 +2.88 5.18 5.5 .8900 1.00 1.26Ü 1.072 .9595 5.192 +3.84 25 5.2 1.000 0.97 0.970 0.7364 1.000 5.000' 0.00 · 5.00 790 0 4 1 8 1112.6 .1626 1.75 9.140 9.018 .1614 5.104 +2.08 5.20 15 12.0 .1795 1.65 8.404 8.374 .1830 5.048 +0.96 5.18 11.0 .2143 · 1.55 7.228 7.227 .2144 5.001 +0.02 5.10 10.0 .2603 1.45 6.049. "6.108 .2533 .4.952 -0.96 5.00 9.0 .3228. 1.35 4.878 4.989 .3110 4.908 -1.84 4.98 8.0 .4109 1.25 3.731 3.870 .3912 4.879 -2.42 4.90 20 7.0 .5407 1.15 2.636 2.751 .5171 4.890 -2.20 4.90 6.0 .7432 1.05 1.643 1.632 .7470 5.013 +0.26 5.00 5.8 .7972 1.03 1,462 1,407 .8195 5,050 +1.00 5.6 .8573 1.01 1,290 1,183 .9075 5,144 +2.88 5.18 5.5 .8900 1.00 1.26Ü 1,072 .9595 5,192 +3.84 25 5.2 1,000 0.97 0.970 0.7364 1,000 5,000 '0.00 5.00 790 0 4 1 8 11

In deze Tabel/die van toepassing is op de in de fig. 3 en 4 weergegeven uitvoeringsvormen,geeft kolom 1 de voor de batterijspanning V over het werkgebied voorkomende waarden, waarbij is aangenomen, datIn this Table / which applies to the embodiments shown in Figures 3 and 4, column 1 gives the values for the battery voltage V over the operating range, assuming that

LULU

V_ gelijk is aan V . De verzadigingsspanning van de transistor T_ (fig.V_ is equal to V. The saturation voltage of the transistor T_ (fig.

Jm LL· JJm LLJ

5 4), die kleiner is dan 30 mV, is buiten beschouwing gelaten; kolom 2, de met de desbetreffende V -waarde overeenkomende en gewenste waarde van , die nodig is voor een constante effectieve spanning gelijk aan 5,0 volt; kolom 3,waarden van de spanning V_ op de basis van de transis-5), which is less than 30 mV, has been disregarded; column 2, the corresponding and desired value of the V value required for a constant effective voltage equal to 5.0 volts; column 3, values of the voltage V_ on the basis of the transistor

Ii tor T^, waarbij deze transistor wordt uitgeschakeld en de transistoren 10 en T^ worden ingeschakeld en welke spanning is gegeven door R3 V = — .V + V {fig. 4); kolom 4, de gewenste waarden voor deIi tor T ^, this transistor being turned off and the transistors 10 and T ^ being turned on and the voltage being given by R3 V = -. V + V {fig. 4); column 4, the desired values for the

X/ R. CC BEXX / R. CC BEX

4 spanning VQ volgend uit de vergelijking (5) en geschreven' als :4 voltage VQ following from the equation (5) and written 'as:

VV

„ „ -τ In CC-Τ In CC

v = v _.e o -— 0 CC v_v = v _.e o -— 0 CC v_

LL

De relatie tussen de spanning V_ en de batterij spanning hangt af van 15 de wijze waarop de elektronische keten voor het toevoeren van ladingspul-sen voor het RC-netwerk is ingericht. B.v. zou voor een uitvoering anders dan die volgens het schema zoals is weergegeven in fig. 4, kan zijn gegeven als een constante spanning, of een spanning evenredig met V , of een willekeurige combinatie van dergelijke spanningen, cc 20 waarbij de gang van de berekeningen overigens ongewijzigd blijft.The relationship between the voltage V_ and the battery voltage depends on the manner in which the electronic circuit for supplying charge pulses for the RC network is arranged. E.g. for an embodiment other than that according to the scheme as shown in fig. 4, it could be given as a constant voltage, or a voltage proportional to V, or any combination of such voltages, cc 20 where the course of the calculations otherwise remains unchanged.

Met behulp van de in de Tabel 1 weergegeven waarden kan nu het functieverloop worden bepaald van de grootheden VQ en Vcc , met als resultaat de in fig. 10 weergegeven kromme VQ die illustratief is voor de vereiste relatie tussen de spanning (zie ook de fig. 5 en 7) 25 en de batterijspanning V . Teneinde een vaste verhouding te vinden vv tussen deze twee grootheden, waardoor dit verloop van VQ het best wordt benaderd, is in fig. 10 een rechte lijn getekend (V^ , waarvan de ligging ook met een elektronische calculator (TI type SR-51-II) kan worden bepaald. Deze beste benadering voor de lijn kan worden 30 uitgedrukt door de volgende vergelijking: = 1.119 Vcc - 5.0S3 (10) door welke relatie de feitelijke omschakelmomenten van de transistor zijn vastgelegd.Using the values shown in Table 1, it is now possible to determine the function development of the quantities VQ and Vcc, resulting in the curve VQ shown in Fig. 10, which is illustrative of the required relationship between the voltage (see also Fig. 5 and 7) 25 and the battery voltage V. In order to find a fixed relationship vv between these two quantities, which best approximates this course of VQ, a straight line is drawn in fig. 10 (V ^, the location of which is also with an electronic calculator (TI type SR-51- II) can be determined This best approximation for the line can be expressed by the following equation: = 1.119 Vcc - 5.0S3 (10) by which relationship the actual switching times of the transistor are fixed.

790 04 1 3 12790 04 1 3 12

Het door de transistor bestuurde schakelnetwerk (fig. 3 en 4) zal in feite schakelwerking doen plaatsvinden, wanneer de aan de .basis van deze transistor T. gelegde spanning V (fig. 3) is gegevenThe switching network controlled by the transistor (FIGS. 3 and 4) will actually effect switching operation when the voltage V applied to the base of this transistor T. (FIG. 3) is given.

4 B4 B

i door Vcc - Vz + νβΕ , · waarin VRR de basisemitterspanning van deze 5 transistor voorstelt. Een aanpassing zal worden verkregen wanneer de spanning V (fig. 3) met de topwaarde V door de spanningsdeler ge-i through Vcc - Vz + νβΕ, where VRR represents the base emitter voltage of this 5 transistor. An adjustment will be obtained when the voltage V (fig. 3) with the peak value V is passed through the voltage divider

êKp CLCP CL

vormd door de weerstanden en , zal zijn gereduceerd met een factor 1/1,119, waarbij de feitelijke omschakeling zal plaatsvinden wan- ΜβΓ νβ=φ = *'119 VB = ^119 (VCC - VZ * V = ^119 VCC - J'119 (ÏZ - 10 v ) (zie fig. 3) of anders geschreven 1,119 (V - V ) = 5,083.formed by the resistors and, will be reduced by a factor of 1 / 1.119, with the actual switching taking place when ΜβΓ νβ = φ = * '119 VB = ^ 119 (VCC - VZ * V = ^ 119 VCC - J'119 (Iz - 10 v) (see fig. 3) or else written 1.119 (V - V) = 5.083.

BB <ώ BBBB <ώ BB

Hieruit volgt dat, V, = 5.083/1,119 + V__ , waarbij, wanneer voor VIt follows that, V, = 5.083 / 1.119 + V__, where, when for V

Z BE _ BBZ BE _ BB

een waarde wordt aangenomen van 500 mV, V gelijk wordt aan 5,042 volt.a value of 500 mV is assumed, V becomes 5.042 volts.

z (Zie ook fig. 3). Blijkens de voorafgaande vergelijking (10) is de werkelijke waarde gegeven door 15 = 1,119 Vcc - 5,083.z (See also fig. 3). According to the preceding equation (10), the actual value is given by 15 = 1.119 Vcc - 5.083.

De feitelijke waarde voor τ is gegeven door .¾The actual value for τ is given by .¾

VLVL

De feitelijke effectieve waarde V is gegeven doorThe actual effective value V is given by

V es (V - V ) A eff v CC SAT;/TV es (V - V) A eff v CC SAT; / T

20 waarin V de verzadigingsspanning van de transistor voorstelt.20 wherein V represents the saturation voltage of the transistor.

De in kolom 8 van Tabel 1 gegeven foutwaarden zijn uitgedrukt in % van de werkelijke V en de gewenste .The error values given in column 8 of Table 1 are expressed in% of the actual V and the desired.

Bij het in het voorafgaande behandelde voorbeeld is aangenomen dat de de grootheden Vp (vergelijkingen (10) en (6)) en Vcc gelijk zijn aan 25 en niet evenredig met de door de batterij gegeven spanning, aangezien hiermee de gang van het ontwerp zo eenvoudig mogelijk wordt gehouden. Indien het echter om welke reden dan ook gewenst zou zijn om voor de grootten van de samenstellende spanningen een bepaalde verhouding te kiezen, geldt in wezen dezelfde berekeningsmethode.In the example discussed above, it is assumed that the quantities Vp (equations (10) and (6)) and Vcc are equal to 25 and not proportional to the voltage given by the battery, since this makes the design run so simple. possible. However, if for any reason it would be desirable to choose a particular ratio for the magnitudes of the constituent stresses, essentially the same calculation method applies.

7900418 12a7900418 12a

In de meest algemene vorm kan de amplitude van de periodiek variërende spanning worden geschreven als V —«£ V + /3 , P Ëtu waarin νβΑΤ de batterij spanning en ei. en /3 constanten, zijn- Uitgaande van gekozen waarden voor en β kunnen de overige waarden worden bere-5 kend. In het algemeen zal de meest gunstige regelwerking worden verkregen voor ·Χ. - 1 en /1 -0. Wanneer de amplitude van deze periodiek variërende spanning op een constante waarde wordt gehouden kan een • regeling worden verkregen zoals geïllustreerd in de volgende tabel la V„_ X' V V' T' V __ fout% BAT u o o eff 10 12.6 .1626 3.817 4.124 .1160 4.223 -15.53 12.0 .1795 3.711 3.876 .1533 4.620 - 7.598 11.0 .2143 3.503 3.462 .2213 5.081 + 1.612 10.0 .2603 3.245 3.049 .2978 5.348 + 6,96 9.0 .3228 2.925 2.635 .3857 5.465 + 9.304 15 8.0 .4109 2.527 2.222 .4884 5.451 + 9.022 7-0 .5407 2.037 1.808 .6125 5.322 + 6.437 6 0 .7432 1.455 1.395 .7687 5.085 + 1.704 5.8 .7972 1.330 1.312 .8056 5.026 + 0.526 5.6 .8573 1.204 1.230 .8445 4.962 - 0.752 20 5.5 .8900 1.140 1.188 .8654 4.930 - 1.39 5.2 1.0000 0.950 1.064 .9318 4.826 - 3.47 en in fig. 13.In the most general form, the amplitude of the periodically varying voltage can be written as V - «£ V + / 3, P ëtu where νβΑΤ is the battery voltage and ei. and / are 3 constants. The other values can be calculated on the basis of selected values for and β. In general, the most favorable control effect will be obtained for · Χ. - 1 and / 1 -0. When the amplitude of this periodically varying voltage is kept at a constant value, a control can be obtained as illustrated in the following table 1a V '_ X' VV 'T' V __ error% BAT uoo eff 10 12.6 .1626 3.817 4.124. 1160 4,223 -15.53 12.0 .1795 3,711 3,876 .1533 4,620 - 7,598 11.0 .2143 3,503 3,462 .2213 5,081 + 1,612 10.0 .2603 3,245 3,049 .2978 5,348 + 6.96 9.0 .3228 2,925 2,635 .3857 5,465 + 9,304 15 8.0 .4109 2,527 2,222 .4884 5,451 + 9,022 7-0 .5407 2,037 1,808 .6125 5,322 + 6,437 6 0 .7432 1,455 1,395 .7687 5,085 + 1,704 5.8 .7972 1,330 1,312 .8056 5,026 + 0.526 5.6 .8573 1,204 1,230 .8445 4,962 - 0.752 20 5.5 .8900 1.140 1.188 .8654 4.930 - 1.39 5.2 1.0000 0.950 1.064 .9318 4.826 - 3.47 and in fig. 13.

De bijbehorende keten is van een soortgelijke uitvoering zoals is weergegeven in fig. 4. Het enige verschil is dat de transis- 25 toren T^, en worden gevoed met een constante spanning (5 V) enThe associated circuit is of a similar design as shown in Fig. 4. The only difference is that the transistors T1, and are supplied with a constant voltage (5 V) and

dat voor ^ geldt: Ό— In (V /V )/ln(V /V-) V = 5 V en V_ = 0,95 Vthat for ^ holds: Ό— In (V / V) / ln (V / V-) V = 5 V and V_ = 0.95 V

cc w cc L cc i en de gewenste uitgangsspanning is = 5 V.cc w cc L cc i and the desired output voltage is = 5 V.

Als tweede voorbeeld zal vervolgens worden behandeld hst geval 790 04 1 8 13' dat de stuurpulsen, waarmee de omschakeling wordt bewerkstelligd een gedaante hebben, zoals is weergegeven in fig. 7, waarbij zowel de voorflank alswel de achterflank van elke puls verloopt volgens een sinusfunctie, waarbij deze sinusfuncties zijn "omgekeerd”. Zoals uit fig. 7 5 ook is af te leiden geldt voor de grootheid τ öat K t „ 2 . _ . τ = _ï_ t t · t + t ' . o w + r w r 90 2 2As a second example, next, it will be discussed in case 790 04 1 8 13 'that the control pulses effecting the switchover have a shape, as shown in Fig. 7, in which both the leading edge and the trailing edge of each pulse proceed according to a sine function , where these sine functions are "inverted". As can also be deduced from fig. 7, the quantity τ öat K t „2. _. τ = _ï_ tt · t + t '. ow + rwr 90 2 2

Hierbij geldt, dat τ - x/90°. Verder geldt, dat: V = V 1 - sin x ; 0 <x <90°Here it holds that τ - x / 90 °. Furthermore, it holds that: V = V 1 - sin x; 0 <x <90 °

UYOU

Evenals bij het in het voorafgaande behandelde eerste voor-10 beeld kan, onder gebruikmaking van een grafische methode en/of het gebruik van een elektronische calculator, worden vastgesteld welke de geringste afwijkingen zijri voor dit voorbeeld, waarbij blijkt, dat geldt: V' = 1,308 - 8,547 volt,As with the first example discussed previously, using a graphical method and / or using an electronic calculator, it is possible to determine which are the slightest deviations for this example, where it appears that: V '= 1.308 - 8.547 volts,

0 CC0 CC

wanneer het gebied, waarover de spanning V kan veranderen,when the area over which the voltage V can change,

Vv 15 is gelegen tussen 12,6 volt en 6,2 volt, en is aangenomen, dat de streefwaarde voor de effectieve uitgangsspanning over de belasting 6,0 volt diende te zijn. Eén en ander is in de onderstaande Tabel 2 nader aangegeven .Vv 15 is between 12.6 volts and 6.2 volts, and it is believed that the target value for the effective output voltage across the load should be 6.0 volts. All this is further specified in Table 2 below.

TABEL 2 20 ï- 2 3 4_5_6_7__8 9 1 790 04 1 8 τ x° v v' x* τ · V fout CC o O O eff 12.600~ Γ2341 " 21.07 8.070 ” T~934 2lT74 Γϋϋ 6.094 +1.57 12.000 .2585 23.27 7.259 7.419 22.44 .2494 5.892 -1.80 - 11.000 .3086 27.77 5.875 5.841 27.97 · .3108 6.021 +0.35 25 10.000 .3748 33.73 4.447 4.533 33.14 .3682 5.947 -0.88 9.000 .4649 41.84 2.997 3.225 39.93 .4435 5.861 -2.32 8.000 .5917 53.25 1.590 1.917 - 49.50 .5500 5.784 -3.60 7.000 .7785 70.07 0.419 0.609 65.92 .7325 5.820 -3.00 6.534 .8972 80.75 0.083 0.000 90.00 2.000 6.334 +5.57 30 6.200 1.000 90.00 0.000 0.000 90.00 2.000 6.000 0.00 14TABLE 2 20 ï- 2 3 4_5_6_7__8 9 1 790 04 1 8 τ x ° vv 'x * τ · V error CC o OO eff 12,600 ~ Γ2341 "21.07 8,070" T ~ 934 2lT74 Γϋϋ 6,094 +1.57 12,000 .2585 23.27 7,259 7,419 22.44 .2494 5,892 -1.80 - 11,000 .3086 27.77 5,875 5,841 27.97.3108 6,021 +0.35 25 10,000 .3748 33.73 4,447 4,533 33.14 .3682 5,947 -0.88 9,000 .4649 41.84 2,997 3,225 39.93 .4435 5,861 -2.32 8,000 .5917 53.25 1,590 1.917 - 49.50 .5500 5.784 -3.60 7.000 .7785 70.07 0.419 0.609 65.92 .7325 5.820 -3.00 6.534 .8972 80.75 0.083 0.000 90.00 2.000 6.334 +5.57 30 6.200 1,000 90.00 0.000 0.000 90.00 2,000 6,000 0.00 14

Als derde voorbeeld zal worden behandeld het geval, waarbij, zoals is geïllustreerd in. fig. 9, een tweetal batterijen afwisselend in serie met elkaar en parallel met elkaar verbonden wordt aangesloten. Hierbij gelden in beginsel dezelfde vergelijkingen als bij het in het 5 voorafgaande als eerste behandelde voorbeeld, waarbij echter voor t en t is te substitueren t^ en Hierbij geldt: 7Γ fff veff = i v2dt = ij4 (Vt 1sat’ hAs a third example, the case will be discussed, as illustrated in. Fig. 9, two batteries are connected alternately in series with each other and connected in parallel with each other. In principle, the same equations apply as in the example discussed in the previous paragraph, but for t and t can be substituted t ^ and Here holds: 7 geldt fff veff = i v2dt = ij4 (Vt 1sat ’h

o-' Lo- 'L

* <VT'vsaT>2t2l_ fc2 % t + —— 14 = 2 (V - V ) - 'bat sat' tj + t2 " 4 _ \ 4_ _ 3 1 10 fcl+t2 fcl+t2 '4' 4 h* <VT'vsaT> 2t2l_ fc2% t + —— 14 = 2 (V - V) - 'bat sat' tj + t2 "4 _ \ 4_ _ 3 1 10 fcl + t2 fcl + t2 '4' 4 h

Veff = (VBAT “ VSAT) (3To + 1) = i ( Veff ^ 2 _ 1 ° 3 y BAT “ VSAT/ enVeff = (VBAT “VSAT) (3To + 1) = i (Veff ^ 2 _ 1 ° 3 y BAT“ VSAT / en

VV

m v o τ “ v , BAT in_ 15 De gang van de berekening is dezelfde als die bij het eerste voorbeeld is gevolgd en in de onderstaande Tabel 3 zijn de soortgelijke gegevens vermeld voor een situatie, waarbij gebruik is gemaakt van twee batterijen, waarbij voor elk geldt een gebied, waarover de batterij-spanning kan veranderen, van 6,3 volt tot aan 3,1 volt, een 790 0 4 1 8 15- verzadigingsspanning V = 100 mV en een streefwaarde voor de effec-tieve uitgangsspanning = 6,0 volt.csr τ “v, BAT in_ 15 The calculation procedure is the same as that used in the first example and Table 3 below lists the similar data for a situation using two batteries, each of an area over which the battery voltage can change, from 6.3 volts to 3.1 volts, a 790 0 4 1 8 15 saturation voltage V = 100 mV and a target value for the effective output voltage = 6.0 volts .

TABEL 3 1 2 ' 3 4 5 6 7 8 c v m τ v- νΛ V' τ V __ fout 5 BAT o L 0 O ef f * % 6.30 0 1.08 6.30 6.30 0.0 6.2 +3.33 6.10 0 1.06 6.10 5.96 .0133 6.12 +2.00 6.00 .01140 1.05 5.88 5.78 .0214 6.09 +1.50 5.50 .07819 1.00 4.81 4.86 .0726 5.96 -0.66 10 5.00 .1665 0.95 3.79 3.95 0.142 5.85 -2.50 4.50- .2865 0.90 2.84 3.04 0.244 5,79 -3.50 * 4.00 .4556 0.85 1.98 2.12 0.410 5.82 -3.00 3.50 .7047 0.80 1.24 1.21 0.720 6.04 +0.65 3.25 .8760 0.77 0.920 .753 1.00 6.30 +5.00 15 3.10 1.000 0.76 0.760v .305 1.00 6.00 0.00 V' = 1,83 Vü7vm - 5,19.TABLE 3 1 2 '3 4 5 6 7 8 cvm τ v- νΛ V' τ V __ error 5 BAT o L 0 O ef f *% 6.30 0 1.08 6.30 6.30 0.0 6.2 +3.33 6.10 0 1.06 6.10 5.96 .0133 6.12 + 2.00 6.00 .01140 1.05 5.88 5.78 .0214 6.09 +1.50 5.50 .07819 1.00 4.81 4.86 .0726 5.96 -0.66 10 5.00 .1665 0.95 3.79 3.95 0.142 5.85 -2.50 4.50- .2865 0.90 2.84 3.04 0.244 5.79 -3.50 * 4.00. 4556 0.85 1.98 2.12 0.410 5.82 -3.00 3.50 .7047 0.80 1.24 1.21 0.720 6.04 +0.65 3.25 .8760 0.77 0.920 .753 1.00 6.30 +5.00 15 3.10 1,000 0.76 0.760v .305 1.00 6.00 0.00 V '= 1.83 Vü7vm - 5, 19.

O BATO BAT

Indien gewenst kan het verschil tussen de werkelijke waarde van de effectieve uitgangsspanning en de nagestreefde constante waarde van deze uitgangsspanning worden verminderd door toepassing van op 20 zichzelf bekende middelen. Bijvoorbeeld kan de resistieve spannings-deler, gevormd door de weerstanden -en worden gewijzigd op de in fig. 11 aangegeven wijze, waarbij het resultaat van de hieruit voortvloeiende verbetering is geïllustreerd in fig. 12. In deze figuur is de kromme a een kromme, aangevende het verloop van de afwijking tussen 25 <3e werkelijke waarde van de effectieve uitgangsspanning en de streef waarde daarvan, als functie van de batterij spanning V en wanneer geen correctie volgens het voorbeeld van fig. 11 wordt toegepast, terwijl de kromme b aangeeft de door een dergelijke correctie verkregen verbetering ten aanzien van dit foutverloop.If desired, the difference between the actual value of the effective output voltage and the target constant value of this output voltage can be reduced by applying means known per se. For example, the resistive voltage divider formed by the resistors and can be changed in the manner shown in FIG. 11, the result of the resulting improvement being illustrated in FIG. 12. In this figure, the curve a is a curve, indicating the variation of the deviation between 25 <3rd actual value of the effective output voltage and its target value, as a function of the battery voltage V and when no correction according to the example of Fig. 11 is applied, while the curve b indicates the such a correction obtained improvement in this error course.

790 04 1 8 16790 04 1 8 16

De werking van de in de fign. 3 en 4 weergegeven keteninrichtingen die illustratief zijn voor de uitvinding is kort samengevat als volgt.The operation of the systems shown in Figs. 3 and 4, chain devices illustrative of the invention are briefly summarized as follows.

Wanneer de transistor , als gevolg van de omstandigheid 5 dat de spanning over de condensator (0,022 /uF) groter is dan de span ning V (fig. 5), in de stroomgeleidende toestand verkeert, is deze transistor dichtbij de verzadigingstoestand, wegens de waarde van de weerstand R3, terwijl de transistor en en niet-geleidend zijn. De spanning aan de emitter van de transistor is derhalve 10 vrijwel gelijk aan VCC*R3/(R3 + R^). De voorwaarde dat de transistor ophoudt geleidend te zijn is daardoor gegeven dat de spanning over deze condensator gelijk aan of kleiner dan V_ . + V „ /m . wordt-* E (Ί^) BE (T2)When the transistor is in the current-conducting state due to the condition that the voltage across the capacitor (0.022 / uF) is greater than the voltage V (Fig. 5), this transistor is close to the saturation state, due to the value of the resistor R3, while the transistor and and are non-conductive. The voltage at the emitter of the transistor is therefore almost equal to VCC * R3 / (R3 + R ^). The condition that the transistor ceases to be conductive is therefore given that the voltage across this capacitor is equal to or less than V_. + V „/ m. becomes- * E (Ί ^) BE (T2)

Indien aan deze voorwaarde is voldaan zullen de transistor en en T3 geleidend zijn, waarbij T in sterke mate (door de collectorstroom 15 * van T2) en in geringe mate verzadigd zal zijn, waarmee de emitters van en zich vrijwel op de railspanning bevinden en wordt verhinderd dat geleidend wordt totdat de spanning van bedoelde condensator een waarde heeft betreikt gegeven door V - V , . , CC bm IT^ / met vsaT (rp ) ongeveer 30 V. Hierbij dient rekening te worden gehouden met de basxsweerstand van 150 k-/l van de transistor en de intrinsieke looptijd van deze transistor . Het tijdsinterval waarover 2?2 en T3 geleidend zijn is zeer kort en de spanning over de weerstand R^ stijgt sprongsgewijs tot een waarde die ongeveer gelijk is aan V . 23 De transistoren T^-T^ vormen een schakelketen. Er is voor gezorgd dat de collectorstroom van constant en vrijwel gelijk is aan de stroom die door de Zener-diode vloeit. De spanning aan de emitter van T. is derhalve gegeven door V - V , en de spanning waarbij T.If this condition is met, the transistor and and T3 will be conductive, with T being highly (by the collector current 15 * of T2) and slightly saturated, with the emitters of and located substantially on the rail voltage prevent conductivity until the voltage of said capacitor has reached a value given by V - V,. , CC bm IT ^ / with vsaT (rp) about 30 V. This must take into account the basx resistance of 150 k- / l of the transistor and the intrinsic transit time of this transistor. The time interval over which 2 ?2 and T3 are conductive is very short and the voltage across resistor R R rises in steps to a value approximately equal to V. 23 The transistors T ^ -T ^ form a switching circuit. The collector current of constant and almost equal to the current flowing through the Zener diode is ensured. The voltage at the emitter of T. is therefore given by V - V, and the voltage at which T.

** cc z 4 geleidend wordt is gegeven door Vq = ~ vz + VBE· Wanneer gelei- 30 dend wordt, worden en T ook geleidend, als gevolg waarvan een stroom door de belasting vloeit. De weerstand van 1 Mil die tussen de belasting en de basis van Tg is aangesloten, vormt een positieve terugkoppeling waardoor een snelle schakelwerking "uit'* en "in" de verzadiging ontstaat. De in verband met de keteninrichting volgens 35 fig. 11 behandelde correctie wordt verkregen met behulp van de tran sistor. Deze transistor wordt geleidend bij batterijspanningen die • .··* 790 0 4 1 8 17 groter zijn dan een waarde zoals bepaald door de weerstanden van 10 M-Λ en 560 kfl . Wanneer deze transistor volledig geleidend is, is de weerstand R'2 van 1M5 parallel verbonden met de weerstand · waardoor de deelverhouding van de spanningsdeler gevormd door R^ en 5 wordt veranderd.** cc z 4 conductive is given by Vq = ~ vz + VBE · When conductive, and T also become conductive, as a result of which a current flows through the load. The 1 Mil resistor connected between the load and the base of Tg forms positive feedback creating a fast switching action "off" * and "in" saturation. The correction related to the chain arrangement according to Fig. 11 is obtained using the transistor This transistor becomes conductive at battery voltages which are • .·· * 790 0 4 1 8 17 greater than a value determined by the resistors of 10 M-Λ and 560 kfl When this transistor is fully conducting, the resistor R'2 of 1M5 is connected in parallel with the resistor, thereby changing the division ratio of the voltage divider formed by R5 and 5.

790 0 4 1 8790 0 4 1 8

Claims

18

DC voltage converter comprising input terminals for connecting to a DC voltage source to produce an output voltage of nominal value; output terminals for connecting to a load; 5 a transistor serving as a switching element; and control signal means for producing a control signal, whereby the transistor can be periodically saturated, characterized in that said control signal means are adapted to produce control pulses derived directly from the input terminals, each of which has a gradually decreasing trailing edge in which the ratio between the width of such a pulse and its repetition frequency has such a value that substantially transverse pulses are generated by the transistor across the output terminals, the effective value of which according to a preselected ratio is less than said nominal value of the DC voltage source is also substantially constant when the voltage supplied by the DC voltage source deviates from this nominal value over a given range.

DC converter according to claim 1, characterized in that said control pulses are derived from the vector sum of a threshold voltage, which according to a predetermined function depends on the voltage applied by the DC voltage source, and a voltage which varies periodically. when its instantaneous value is greater than this threshold voltage, the transistor enters the saturation state.

DC voltage converter according to claims 1 or 2, characterized in that said trailing edge decreases according to an e-function.

DC converter according to claims 1 or 2, characterized in that the leading edge of each of the control pulses rises according to a sine function and the trailing edge according to a sine function, which is offset by 180 ° relative to the former sine traction, decreases.

DC voltage converter according to any one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage source is composed of two parts and switching means are arranged serving to connect these two parts alternately in series and in parallel with each other 790 04 18 19 to the input terminals.

DC voltage converter according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the control electrode of the transistor serving as switching element is connected to the branch 5 of a resistive voltage divider, in the one branch of which the impedance is included , which depends on the voltage supplied by the DC voltage source. 7. Voltage converter according to any one of the preceding claims 1 to 6, to be used in combination with a battery as a DC voltage source and one or more incandescent lamps as a load, characterized in that the effective value of the output voltage, such as developed over the load, is chosen to be a value substantially equal to the value to which the battery voltage dropped at the end of the battery life.

Equal voltage converter according to any one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the peak value of the periodically varying voltage is given by = cC, in which the battery voltage and and A represent constants. 790 04 1 8