DE1804429C3

DE1804429C3 - Gleichstromübertrager mit variablem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE1804429C3
Application number: DE1804429A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Boehringer
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1968-10-22
Filing date: 1968-10-22
Publication date: 1974-12-19
Also published as: US3569817A; DE1804429A1; CH489138A; DE1804429B2; GB1267242A; FR2021268A1; JPS492687B1

Description

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sehen Drossel und Diode ist ein periodisch arbeitender elektronischer Schalter, der Transistor T, angeschlossen, welcher die beiden Adern der Verbindungsleitung zwischen Stromquelle und Verbraucher überbrückt.

Der Schalter T erhält seine Steuerspannung durch einen Steuerkreis S von einer ersten Sekundärwicklung Dl der Drossel D übei einen Widerstand R1. Zusätzlich ist noch ein Hilfskreis H vorgesehen, der ebenfalls an die Steuerelektrode des Schalters T angeschlossen ist. Dieser Hilfskreis erhält seile Energie von einer zweiten Sekundärwicklung Dl der Drossel D. Der Hilfskreis enthält außerdem noch einen Widerstand R2 und einen bidirektionalen Schalter. Dieser bidirektionale Schalter ist hier durch die Antiparallel-Schaltung der beiden Thyristoren H1 und H 2 dargestellt.

Die Wirkungsweise der Erfindung sei im folgenden näher eriäutert. Es sei davon ausgegangen, daß der Schalter T gerade in leitendem Zustand ist. Dann liegt an der Primärwicklung der DrciselD die gesamte Spannung U. Entsprechend tritt an ihrer ersten Sekundärwicklung D1 eine Spannung auf, die einen Strom hervorruft, der durch den Widerstand Rl und die Basis-Emitter-Kennlinie des Schalters T bestimmt wird. Dieser Basis-Strom hält den Schalter leitend. Wird nun der zweite Schalter, d. h. der Thyristor Wl, durch einen Einschalt-Impuls leitend gemacht, so wird für die an der zweiten Sekundärwicklung D 2 liegende Spannung ebenfalls ein Kreis frei, nämlich der Hilfskreis H. Dieser Hilfskreis umfaßt den zweiten SchalterHX, den Widerstand R 2 rnd — parallel geschaltet — den Steuerkreis S und die Basis-Emitter-Strecke des ersten Schalters T. Die Windungszahl der zweiten Sekundärwicklung D 2 und der Widerstand R 2 sind so gewählt, daß mit dem Einschalten des zweiten Schalters Hl der Einfluß des Hilfskreises H, der dem Steuerkreis S entgegenwirkt, an der Easis-Emitter-Strecke des ersten Schalters T überwiegt. Der erste Schalter beginnt daher abzuschalten. Daraufhin tritt über die erste Sekundärwicklung Dl ein Mitkopplungs-Effekt beim Abschalten auf. Der erste Schalter T sperrt in kürzester Zeit völlig.

Nun fließt der Drosselstrom über die Diode D zum Verbraucher V. An der Primärwicklung der Drossel D liegt jetzt die Spannung U—E, die auf Grund von E~>U negativ ist. Damit kehren s^:ch auch die Vorzeichen der an den Sekundärwicklungen D1 und D 2 liegenden Spannungen um. Der Strom durch den Steuerkreis S und den Hilfskreis H wird zu NuIL Der Strom durch die Drossel D nimmt ab. Wird nan ζ. Β. nach der ZeitJT2 im Hilfskreis H der antiparallele Thyristor H 2 des zweiten Schalters durch einen Steuerimpuls gezündet, so fließt über diesen die zweite Sekundärwicklung D 2 und den Widerstand R 2 ein Strom, der den ersten Schalter T wieder leitend macht. Damit kehrt sich das Vorzeichen der Spannung an der Primärwicklung der Drossel D und

m entsprechend auch in den Sekundärwicklungen Dl und D 2 wieder um. Die erste Sekundärwicklung D1 im Steuerkreis 5 übernimmt die Versorgung des ersten Schalters T mit Basisstrom. Der Strom durch die zweite Sekundärwicklung D 2 wird unterbrochen, da im Hilfskreis H der Thyristor H1 des zweiten Schalters gesperrt ist und beim Thyristor H 2 des zweiten Schalters der Ventil-Effekt zur Geltung kommt. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Parallel-Schaltung, gebildet aus den ThyristorenHl und

»ο Η 2, durch ein bidirektional steuerbares Element, z. B. einen Triac bzw. Quadrac, ersetzt werden kann. In der Fig. 2 ist der Stromverlauf i_D in der Drossel D dargestellt. Es ist außerdem die Amplitude der Stromschwankungen mit Λ i_D bezeichnet I_n

»5 ist der Mittelwert des Stromes in der Drossel D. Mit Tl und Γ 2 sind die beiden Zeitabschnitte bezeichnet in denen der erste Schalter T leitend bzw. gesperrt ist.

In der F i g. 3 ist der Verbraucherstrom i_v dargestellt, der während der Sperrzeiten 72 des ersten Schalters T von der Drossel D zum Verbraucher V kommt.

Interessant ist der Fall, daß die Amplitude der Schwankungen des Drosselstromes den doppelten Betrag des Strommittelwertes erreicht, also -— = 2

wird. In diesem Falle braucht der Hilfskreis H keinen besonderen Einschaltimpuls für den ersten elektronischen Schalter T zu liefern, sondern das Wiedereinschalten dieses Schalters erfolgt selbsttätig. Das Übersetzungsverhältnis wird in diesem Fall lediglich durch die zeitliche Folge der Ausschaltbefehle gesteuert.

In diesem Falle braucht der zweite Schalter im Hilfskreis H nicht mehr bidirektional ausgebildet zu sein, sondern kann z. B. lediglich mit dem Thyristor Wl oder z.B. auch mit einem Transistor ausgerüstet werden. Die Schaltung wird in diesem Fall besonders einfach, zuverlässig und leicht, weil die Drossel optimal ausgenutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

leitendem Zustand, so steigt der Strom in der Drossel Patentansprüche: an, bis die Transistoren in die Sättigung kommen. Mit der Sättigung wird der Stromanstieg in der

1. Gleichstroroübertrager mit variablem Ober- Drossel beendet und die Sperrung der Transisioren Setzungsverhältnis, bestehend aus einer in die eine 5 eingeleitet. An die Steuerelektroden der Transistoren Verbindungsleitung zwischen Stromquelle und ist außer dem Steuerkreis noch ein Hflfskreis ange-Verbraucher eingefügten Drossel, einer ihr nach- schlossen, der einen weiteren elektronischen Schalter, geschalteten Diode sowie einem zwischen Drossel und zwar einen Thyristor, enthält Dieser Schalter und Diode die beiden Verbindungsleitungen über- im Hilfsstromkreis wird bei Oberschreiten eines brückenden und den Stromfluß der Drossel steu- io Schwellwertes der Ausgangsspannung leitend und craden, periodisch arbeitenden elektronischen schließt die beiden Transistoren des erstgenannten Schalter, an dessen Steuerelektrode ein von einer Schalters kurz, so daß diese, in diesem Falle vor ErSekundärwicklung der Drossel gespeister Rück- reichen ihrer Sättigung, gesperrt werden.
kopplungs-Steuerkreis und außerdem ein einen Ausgehend von dem bekannten Gleichstromüberperiodisch arbeitenden zweiten elektronischen 15 trager liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Schalter enthaltender Hilfskreis angeschlossen ist, Abschaltevorgang des ersten elektronischen Schalters derart, daß durch das Einschalten des zweiten zn verkürzen, um eine höhere Arbeitsfrequenz und Schalters innerhalb der Dur;hlaßphase des ersten damit ein geringeres Gewicht der Drossel und der Schalters der erste Schalter jedesmal ein Aas- Glättungseinrichtungen zu erreichen,
schaltsignal erhält, welches die Sperrphase des 30 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geersten Schalters einleitet, dadurch gekenn- löst, daß der Hilfskreis eine weitere, gegenüber der zeichnet, daß der Hilfskreis (H) eine weitere, Sekundärwicklung des Steuerkreises entgegengesetzt gegenüber der Sekundärwicklung (Dl) des gepolte Sekundärwicklung der Drossel in Reihe mit Steuerkreises (S) entgegengesetzt gepolte Sekun- dem zweiten Schalter enthält. Bei dieser Anordnung därwicklung (D2) der Drossel (D) in Reihe mit 25 wird der periodisch arbeitende elektronische erste dem zweiten Schalter (Wl) enthält. Schalter durch die Gegenspannung in der zweiten Se-

2. Gleichstromübertrager nach Anspruch 1, da- kundärwicklung der Drossel sehr rasch gesperrt, wodurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter durch eine höhere Arbeitsfrequenz erreichbar ist. die (Hl. Hl) bidirektional ausgebildet und zusatz- bei paktisch erprobten Gleichstromübertragern z.B. lieh in der Sperrphase des ersten Schalters (T) zur 30 bei 20 kHz liegen kann. Damit wird ein geringeres Einleitung der Durchlaßphase des ersten Schal- Gewicht der Drossel und der Glättungseinrichtungen ters (T) periodisch einschaltbar ist. möglich, was sich als ganz besonders wichtig beim

Einsatz solcher Gleichstromübertrager in Satelliten erweist, wo die Gewichtsprobleme eine sehr bedeu-

35 tende Rolle spielen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der zweite Schalter bidirektional ausgebildet und

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom- zusätzlich in der Sperrphase des ersten Schalters zur übertrager mit variablem Übersetzungsverhältnis, be- Einleitung der Durchlaßphase des ersten Schalters stehend aus einer in die eine Verbindungsleitung zwi- ₄₀ periodisch einschaltbar. Dadurch sind die Ein- und sehen Stromquelle und Verbraucher eingefügten Aasschaltzeitpunkte für den ersten Schalter in weiten Drossel, einer ihr nachgeschalteten Diode sowie Grenzen willkürlich einstellbar und somit die Auseinem zwischen Drossel und Diode die beiden Ver- gangsspannung des Gleichstromübertragers in einem bindungsleitungen überbrückenden und den Strom- weiten Bereich etwa im Verhältnis 1:10 bis 1:20 fluß der Drossel steuernden, periodisch arbeitenden 45 regelbar. Eine derartige Anpassung der Ausgangselektronischen Schalter, an dessen Steuerelektrode spannung ist wiederum bei Satelliten von großer Beein von einer Sekundärwicklung der Drossel ge- deutung, wenn etwa die von Solarzellen gelieferte speister Rückkopplungs-Steuerkreis und außerdem Primärspannung je nach der augenblicklichen Lage ein einen periodisch ai bettenden zweiten elektro- und dem Abstand des Satelliten von der Sonne nischen Schalter enthaltender Hilfskreis ange- _5O starken Schwankungen unterworfen ist.
schlossen ist, derart, daß durch das Einschalten des An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeizweiten Schalters innerhalb der Durchlaßphase des spiel der Erfindung erläutert,
ersten Schalters der erste Schalter jedesmal ein Aus- F i g. 1 zeigt die Schaltung eines Gleichstromüber-

schaltsignal erhält, welches die Sperrphase des ersten tragers;

Schalters einleitet. Solche Übertrager sind z. B. dann 55 F i g. 2 zeigt den Stromverlauf in der Drossel dieses erforderlich, wenn eine veränderliche und während Übertragers, und

des Betriebes Schwankungen unterworfene Generator- F i g. 3 zeigt den Stromverlauf für die VerGleichspannung an eine konstante Verbraucherspan- braucherleitung.

nung anzupassen ist Jn der F i g. 1 sind nur die für das Wesen der Er-

Ein solcher Gleichstromübertrager ist bekannt 60 findung wichtigen Teile enthalten. Die an die Gene-(Electronics, Heft vom 1. 6.1964, S. 79/80). Er weist ratorseite bzw. Stromquelle A und an die Verzwei Transistoren auf, die in Parallelschaltung als bracherseite V angeschlossenen Elemente sind nicht periodisch arbeitende elektronische Schalter die dargestellt und spielen für die Wirkungsweise der Erbeiden Verbindungsleitungen von der Stromquelle findung keine Rolle. Der Gleichstromübertrager bezum Verbraucher überbrücken. Beide Transistoren 65 steht im wesentlichen aus einer Drossel D, die in die werden aus einem Rückkopplungs-Steuerkreis gesteu- von der Stromquelle A zum Verbraucher V führende ert, der von einer Sekundärwicklung der Drossel ge- Leitung in Längsrichtung eingeschaltet ist. Ihr folgt speist wird. Befinden sich die beiden Transistoren in in Richtung zum Verbraucher eine Diode G. Zwi-