AT515852A1 - Hochdynamische Stromquelle zur pulsförmigen Laststromerzeugung - Google Patents

Hochdynamische Stromquelle zur pulsförmigen Laststromerzeugung Download PDF

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AT515852A1
AT515852A1 ATA440/2014A AT4402014A AT515852A1 AT 515852 A1 AT515852 A1 AT 515852A1 AT 4402014 A AT4402014 A AT 4402014A AT 515852 A1 AT515852 A1 AT 515852A1
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Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss
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Fachhochschule Technikum Wien
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/12—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is AC
    • G05F1/32—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is AC using magnetic devices having a controllable degree of saturation as final control devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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Abstract

Für verschiedene Anwendungen sind Stromquellen, die relativ hochdynamisch Strompulse an eine Last abgeben, erforderlich. Die Last ist z.B. in Serie geschaltete liehtemittierende Dioden oder Laserdioden, bei denen die Helligkeit gedimmt werden soll, oder Aktoren, die kapazitives und/oder ohmsches Verhalten zeigen. Die gegenständliche Erfindung hat mehrere Vorteile. Zum einem steht durch die Verwendung der gekoppelten Spulen ein höherer pulsformiger Strom für die Last zur Verfügung (dies führt bei Lichtquellen typischerweise zu einer höheren Strahlungsleistung, bedingt durch die Strompausen, aber zu einer geringeren Erwärmung der Strahlungsquelle), zum anderen ermöglicht die zweite Diode ein Abmagnetisieren bei Wegschalten der Last (erwünscht oder bedingt durch einen Fehler).

Description

Hochdynamische Stromquelle zur pulsformigen Laststromerzeugung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Pulsung des Laststroms, bestehend aus einemersten (Si) und einem zweiten (S2) aktiven Schalter, einer ersten (Di) und einer zweiten (D2)Diode, zwei in Serie geschalteten magnetisch gekoppelten Wicklungen (Ni, N2), wobei derpositive Anschluss des ersten aktiven Schalters (Si) an den positiven Pol derEingangsspannung (1¾) geschaltet ist, an den negativen Anschluss des ersten aktivenSchalters (Si) die Kathode der ersten Diode (Di) und der erste Anschluss der ersten Wicklung(Ni) geschaltet ist und an die Anode der ersten Diode (Di) der negative Pol derEingangsspannung (1½) geschaltet ist. Für verschiedene Anwendungen sind Stromquellen, die relativ hochdynamisch Strompulse aneine Last abgeben, erforderlich. Die Last ist z.B. in Serie geschaltete lichtemittierende Diodenoder Laserdioden, bei denen die Helligkeit gedimmt werden soll, oder Aktoren, diekapazitives und/oder ohmsches Verhalten zeigen. Die gegenständliche Erfindung hat mehrereVorteile. Zum einen steht durch die Verwendung der gekoppelten Spulen ein höhererpulsförmiger Strom für die Last zur Verfügung (dies führt bei Lichtquellen typischerweise zueiner höheren Strahlungsleistung, bedingt durch die Strompausen, aber zu einer geringerenErwärmung der Strahlungsquelle), zum anderen ermöglicht die zweite Diode einAbmagnetisieren bei Wegschalten der Last (erwünscht oder bedingt durch einen Fehler).
Die Figuren Fig. 1 bis Fig. 3 erläutern die gegenständliche Erfindung. Dabei symbolisierendie Schalter elektronische aktive Schalter (z.B. MOSFET, GaN-Kaskode oder ähnliches).
Die Funktion der Variante nach Fig. 1 ist folgende: Werden beide aktiven Schalter Si und S2eingeschaltet, so liegt die Eingangsspannung an der Serienschaltung der beiden Wicklungen(Ni, N2) und der Strom (und der Energieinhalt) in diesen nimmt zu. Wird nur S2 abgeschaltet,so kommutiert der Strom in die Wicklung Ni und die Diode D2. Damit die Durchflutung (und Λ der magnetische Fluss stetig bleibt) springt der Strom in Ni von I auf den Wert
λ N N A
Im = —l--2. i und sinkt langsam entsprechend den Verlusten ab. Werden beide aktiven
Schalter Si und S2 abgeschaltet, so springt der Strom in der Wicklung Ni genauso,kommutiert aber in die Diode Di und in den Lastzweig. Ist der Lastzweig zu hochohmig (z. B.Unterbrechung), so kann der Strom über D2 in die Quelle zurückgespeist werden und eskommt zu keiner Gefährdung der Schaltung.
Die Funktion der Variante nach Fig. 2 ist ähnlich und wird im Folgenden beschrieben. Dabeigilt zusätzlich, dass die erforderliche Lastspannung größer als die an N2 auftretende maximale
Spannung ist. Werden beide aktiven Schalter Si und S2 eingeschaltet, so liegt dieEingangsspannung an der Serienschaltung der beiden Wicklungen (Ni, N2) und der Strom(und der Energieinhalt) in diesen nimmt zu. Wird nur S2 abgeschaltet, so kommutiert derStrom in die Last LD. Ist der Lastzweig zu hochohmig (z. B. Unterbrechung), so kann derStrom über D2 in die Quelle zurückgespeist werden (der Strom in den Wicklungen bleibt indiesem Fall stetig) und es kommt zu keiner Gefährdung der Schaltung.
Werden beide aktiven Schalter Si uns S2 abgeschaltet, so springt der Strom in der WicklungNi, und kommutiert in die Diode Di und in den Lastzweig. Damit die Durchflutung (und der Λ Λ lj\f Λ magnetische Fluss stetig bleibt) springt der Strom in Ni von I auf den Wert Im = —--I .
Ist der Lastzweig zu hochohmig (z. B. Unterbrechung), so kann der Strom über D2 in dieQuelle zurückgespeist werden (der Strom in den Wicklungen bleibt in diesem Fall stetig) undes kommt zu keiner Gefährdung der Schaltung.
Als Last ist symbolisch in Fig. 1 und Fig. 2 eine lichtemittierende Diode gezeichnet. Eskönnen natürlich auch Serienschaltungen von lichtemittierendeh Dioden oder auchLaserdioden verwendet werden. Als Lasten sind aber auch ohmsche oder kapazitiveAktuatoren oder Batterien oder Superkapazitäten möglich.
Fig. 3 zeigt die Schaltung gemäß Fig. 2, als Last ist eine Batterie angedeutet. In Serie zurBatterie ist dann eine zusätzliche Diode D3 geschaltet. Für die Stromregelung eignet sich hier besonders eine Zweipunktregelung. Dabei sindmehrere Methoden möglich. Man schaltet den Strom durch S2 beim Erreichen einesbestimmten Wertes ab und schaltet nach einer fixen Zeit wieder ein (während derAusschaltzeit fließt der Strom in die Last und baut sich ab). Die Ausschaltzeit ist dabei an dieLast angepasst. Je höher die sich einstellende abmagnetisierende Spannung ist, umso kürzerwird die Ausschaltzeit. Die direkte Messung des Stroms in der Wicklung ist bedingt durchden unstetigen Verlauf weniger gut geeignet. Die Regelung der Vorrichtung kann mitüblichen Methoden bewerkstelligt werden und ist daher nicht Thema dieser Schrift.
Die Streuinduktivität, die durch die nichtideale Kopplung der beiden Wicklungen entsteht,kann passive oder aktive Überspannungsbegrenzungsmaßnahmen erforderlich machen.
Die Aufgabe, eine Stromquelle zur pulsförmigen Laststromerzeugung zu realisieren, wirderfindungsgemäß dadurch realisiert, dass an den zweiten Anschluss der zweiten Wicklung(N2) der positive Anschluss des zweiten aktiven Schalters (S2) und an den negativenAnschluss des zweiten aktiven Schalters (S2) der negative Pol der Eingangsspannung (Uw) und ein Pol der Last geschaltet sind, die Kathode der zweiten Diode (D2) mit dem positivenAnschluss des ersten aktiven Schalters (Si) verbunden ist, die Anode der zweiten Diodeentweder mit dem zweiten Anschluss oder mit dem ersten Anschluss der zweiten Wicklung(N2) verbunden ist und der zweite Pol der Last an den Verbindungsknoten zwischen erster(Ni) und zweiter Wicklung (N2) geschaltet ist.
Dabei besteht die Last aus einer lichtemittierenden Diode oder Laserdiode oder aus mehrerenlichtemittierenden Dioden oder Laserdioden. Die Last kann aber auch aus einerlichtemittierenden Diode oder Laserdiode oder aus mehreren lichtemittierenden Dioden oderLaserdioden, der/denen eine weitere Diode in Serie geschaltet ist, bestehen.
Die Last kann auch aus einer Serienschaltung einer weiteren Diode (D3) mit einer aufladbarenBatterie (Ub) oder einem kapazitiven oder ohmschen Aktuator oder einer oder mehrererSuperkapazitäten bestehen.
Es kann auch in Serie zum zweiten aktiven Schalter (S2) eine weitere Diode geschaltetwerden. Die beiden gekoppelten Wicklungen können auch durch eine Spule mit Anzapfungrealisiert sein.

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Pulsung des Laststroms, bestehend aus einem ersten (Si) und einemzweiten (S2) aktiven Schalter, einer ersten (Di) und einer zweiten (D2) Diode, zwei inSerie geschalteten magnetisch gekoppelten Wicklungen (Ni, N2), wobei der positiveAnschluss des ersten aktiven Schalters (Si) an den positiven Pol derEingangsspannung (1½) geschaltet ist, an den negativen Anschluss des ersten aktivenSchalters (Si) die Kathode der ersten Diode (Di) und der erste Anschluss der erstenWicklung (Ni) geschaltet ist und an die Anode der ersten Diode (Di) der negative Polder Eingangsspannung (1½) geschaltet ist dadurch gekennzeichnet, dass an denzweiten Anschluss der zweiten Wicklung (N2) der positive Anschluss des zweitenaktiven Schalters (S2) und an den negativen Anschluss des zweiten aktiven Schalters(S2) der negative Pol der Eingangsspannung (1½) und ein Pol der Last geschaltet sind,die Kathode der zweiten Diode (D2) mit dem positiven Anschluss des ersten aktivenSchalters (Si) verbunden ist, die Anode der zweiten Diode entweder mit dem zweitenAnschluss oder mit dem ersten Anschluss der zweiten Wicklung (N2) verbunden istund der zweite Pol der Last an den Verbindungsknoten zwischen erster (Ni) undzweiter Wicklung (N2) geschaltet ist.
  2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Last aus einerlichtemittierenden Diode oder Laserdiode oder aus mehreren lichtemittierendenDioden oder Laserdioden besteht.
  3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Last aus einerlichtemittierenden Diode oder Laserdiode oder aus mehreren lichtemittierendenDioden oder Laserdioden, der/denen eine weitere Diode in Serie geschaltet ist, besteht.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Last aus einerSerienschaltung einer weiteren Diode (D3) mit einer aufladbaren Batterie (Ub) odereinem kapazitiven Aktuator oder einer oder mehreren Superkapazitäten besteht.
  5. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Last aus einemohmschen Aktuator besteht.
  6. 6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass inSerie zum zweiten aktiven Schalter (S2) eine weitere Diode geschaltet ist.
  7. 7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass diebeiden gekoppelten Wicklungen (Ni, N2) durch eine Spule mit Anzapfung realisiertsind.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3434030A (en) * 1964-09-14 1969-03-18 Gen Electric Transformer coupled time ratio controlled circuits
GB2178912A (en) * 1985-06-21 1987-02-18 Gardners Transformers Limited Low voltage supply converter

Patent Citations (2)

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GB2178912A (en) * 1985-06-21 1987-02-18 Gardners Transformers Limited Low voltage supply converter

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