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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Gleichstrom-Wechselstrom-oder Gleichstrom-Gleichstrom-Umrichter zur galvanisch getrennten Übertragung von Gleichstromenergie mittels einer Wandlereinheit aus einem induktiven Übertrager, die primärseitig die Serienschaltung mindestens eines über ein Steuergerät steuerbaren Schalttransistors und der Primärwicklung und sekundärseitig gegebenenfalls eine Gleichrichterdiode in Reihe zur Sekundärwicklung und einen Siebkondensator parallel zur Sekundärwicklung aufweist.
Wie bekannt, wechselt ein in der Primärwicklung eines Übertragers in Reihe liegender Schalttransistor periodisch zwischen voll leitendem und gesperrtem Zustand. Je nach Arbeitsprinzip, entweder als Durchfluss- oder Sperrwandler, wird die vom Transistor geschaltete Leistung sofort oder nach Zwischenspeicherung im magnetischen Kreis des Übertragers auf die Sekundärseite übertragen.
Der Stand der Technik sind Gleichspannungs-Wandler mit einer Primärspannung bis 350 V. Dieser Wert ist bedingt durch die mit der heutigen Leistungssehalttransistortechnologie erzielbaren Sperrfähigkeit von etwa 700 V. Bei höheren Primärspannungen musste man bisher mehrere Schalttransistoren in Serie schalten. Es gibt nun Anwendungsfälle für Gleichspannungs-Wandler, die mit der direkt gleichgerichteten Netzwechselspannung betrieben werden müssen. Direkt arbeitende Netzgleichrichter, die entweder dreiphasig oder einphasig mit einem Ladenkondensator gespeist werden, liefern bei einem Netz mit 3 x 220 Veff zirka 310 V Gleichspannung, bei 3 x 380 Veff zirka 684 V Gleichspannung.
Nachteilig war bisher bei der Serienschaltung von Transistoren, dass der auf Grund von Exemplartoleranzen als erster sperrende Transistor mit der vollen Sperrspannung belastet wurde bzw. wenn als Abhilfe eine kapazitive Beschaltung parallel zur Transistorkette vorgenommen wurde, stiegen die Einschaltverluste für jeden Transistor durch das schlagartige Entladen der Parallelkapazität enorm an.
So ist in der DE-OS 2445093 ein Umrichter beschrieben, bei dem nur eine Primärwicklung vorgesehen ist und beide Dioden den Rückstrom aufnehmen. Diese Schaltung ist auf die Verwendung zweier Schalttransistoren beschränkt. Weiters ist zu bemerken, dass aus dieser Druckschrift eine Einrichtung zur Überwachung und Regelung der gleichgerichteten Sekundärspannung bekannt ist, welche eine Impulsbreitenregelung des primärseitigen Stromes aufweist.
Aus der AT-PS Nr. 231009 sind Gegentaktwandler mit kapazitiven Spannungsteilern bekannt. Dieses Prinzip ersetzt die Mittelanzapfung üblicher Gegentaktspannungswandler. Diese Schaltung ist ebenfalls auf die Verwendung zweier Schalttransistoren beschränkt. Der Hauptnachteil dieses Gegenstandes liegt jedoch darin, dass die beiden Kondensatoren jeweils vom vollen Strom der Primärwicklung durchflossen werden.
Dadurch sind grosse, impulsstromfeste Kondensatoren notwendig. Durch die Pulsstrombelastung der Spannungsteilerkondensatoren entstehen in diesen zusätzliche dielektrische Verluste, welche die Kondensatoren erwärmen und den Wirkungsgrad senken.
Weiters sind aus der DE-OS 2554826 zwei in Serie zu einem Schalttransistor liegende Primärwicklungen bekannt. Der Kern dieser Schaltung ist darin zu sehen, dass durch zwei Primär- und zwei Sekundärwicklungen auf zwei getrennten Übertragungen eine Kombination eines Durchfluss- mit der eines Sperrwandlers unter Vermeidung der jeweiligen Nachteile beider Wandlertypen geschaffen wird. Die sekundärseitig parallelgeschalteten Übertrager weisen daher über Dioden eine Zusammenschaltung der Ströme aus der Fluss- und Sperrphase auf.
Ferner ist auch aus dem "Siemens-Bauteile Report" 13 (1975), Heft 1, Seite 5 bis 11, zu ersehen, dass darin die zitierten Wandlereinheiten einerseits und anderseits ein Gegentakt-Durchflusswandler angeführt sind. Gegentaktwandler benötigen eine mittelangezapfte Primärwicklung, welche zwangsläufig auf einem magnetischen Kreis aufgebracht sein muss.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gleichstrom-Wechselstrom- oder Gleichstrom-Gleichstrom-Umrichter zu schaffen, der auch bei sehr hohen Spannungen Verwendung finden kann und dessen Funktionssicherheit gewährleistet ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Schaltungsanordnung für einen Gleichstrom-Wechselstromoder Gleichstrom-Gleichstrom-Umrichter der eingangs angeführten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens zwei Wandlereinheiten die primärseitigen Serienschaltungen in Serie geschaltet sind, dass ein kapazitiver Spannungsteiler parallel zu den primärseitigen Serienschaltungen der Wandlereinheiten geschaltet ist und dass sekundärseitig die Wandlereinheiten in Serie und/oder parallel geschaltet sind.
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Vorteilhaft ist, dass durch die primärseitige Serienschaltung der Wandlereinheiten beliebig hohe Spannungen verwendet werden können und der kapazitive Spannungsteiler eine gleichmässige Aufteilung der Primärspannung erzwingt.
Weiters entlastet der kapazitive Spannungsteiler die Hilfseinrichtung hinsichtlich Schnelligkeit.
Weiters kann der kapazitive Spannungsteiler auch vorteilhaft als Ladekondensator für die gleichzurichtende Netzspannung verwendet werden.
Es kann auch eine Einrichtung zur Überwachung der Spannungsaufteilung zwischen den einzelnen Einheiten vorgesehen sein, die in die in jeder Einheit vorhandene Regelung bzw. Steuerung eingreift.
Vorteilhaft ist dabei, dass eine gleichmässige Spannungsaufteilung auf die einzelnen Einheiten, trotz Streuungen und Toleranzen der einzelnen Transistoren und Einheiten, erzwungen wird.
Weiters kann auch die zu jeder Wandlereinheit gehörige Primärwicklung auf einem gemeinsamen Wickelkörper mit gemeinsamem magnetischem Kreis untergebracht sein.
Dabei ist die konstruktive Vereinfachung vorteilhaft, die vor allem bei gleichzeitig schaltenden Gleichstrom/Wechselstrom Wandlereinheiten interessant ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur näheren Erläuterung dargestellt.
Die Schaltung besteht aus mindestens zwei Wandlereinheiten, die primärseitig in Serie geschaltet
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angesteuert. Die Steuerung erfolgt im Gegensatz zu Gegentaktwandlern gleichphasig. Dadurch würde bei exakt gleichen Bauteilen eine gleichmässige Spannungsaufteilung der Wandlereinheiten erreicht. Der parallelgeschaltete kapazitive Spannungsteiler --C1, C2-- bewirkt von sich aus eine gleichmässige Spannungsaufteilung und gleicht Exemplarstreuungen zwischen den Wandlereinheiten aus. Sekundärseitig sind die Wandlereinheiten, gebildet aus Sekundärwicklung, Diode und Glättungskondensator, parallel geschaltet.
Eine Einrichtung zur Überwachung der Spannungsaufteilung--H--zwischen den einzelnen Wandlereinheiten bewirkt bei ungleicher Spannungsaufteilung eine leichte Veränderung des Arbeitspunktes der jeweiligen Einheit, wodurch Bauteilstreuungen ausgeglichen werden.