DE1959940A1

DE1959940A1 - Schaltungsanordnung fuer einen selbsterregten Wechselrichter,Gleichspannungswandler od.dgl.

Info

Publication number: DE1959940A1
Application number: DE19691959940
Authority: DE
Inventors: Hartmut Lucht
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1969-11-28
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1971-06-03
Also published as: GB1279549A

Description

STANDARD ELEKTRIK LORENZ AG

7 Stuttgart-Zuffenhausen
Hellmuth-Hirth-Str.42

H. Lucht-3

Schaltungsanordnung für einen selbsterregten Wechselrichter. Gleichspannungswandler oder dergleichen.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen selbsterregteri Wechselrichter, Gleichspannungswandler oder dergleichen mit zwei im Gegentakt und in Emittergrundschaltung betriebenen Transistoren und mit einer zwischen den Basen angeordneten Reihenschaltung aus einer Ausgangsübertragerwieklung und einem die Wechselrichterfrequenz bestimmenden Reihenschwingkreis.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der USA-Patentschrift 3 098 2o2 bekannt. Solche Wechselrichter werden in Stromversorgungsgeräten für kleine und mittlere Leistungen benutzt und arbeiten bei Schwtoigfrequenzen im oberen Hörbereich mit gutem Wirkungsgrad. Sie haben ferner die Vorteile, dass die Frequenz unabhängig von Betriebsgleichspannungs- und Lastschwankungen ist, und dass der Ausgangsübertrager nicht in die Sättigung gesteuert wird und deshalb keine wesentliche Blindleistung beim Umschalten der Transistoren und keine starken Streufelder auftreten. Die Umschaltung der Transistoren erfolgt beim Nulldurchgang des sinusförmigen Schwingstromes im Basiskreis. Dem Ausgang des Wechselrichters ist eine rechteckförmlge Wechselspannung entnehmbar.

Die Schwingfrequenz muss im Verhältnis zur Grenzfrequenz des Transistors eehr klein gewählt werden, denn nur in diesem Fall kam der Transistor den grossen Spannungsänderungen bei den Umschaltvorgängen unmittelbar folgen und daduroh

I?. Nov. 1969

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die Verlustleistung im Transistor Klein gehalten werden. Im allgemeinen werden robuste Nfederfrequenz-Transistören verwendet. Höhere Schwingfrequenzen zulassende Hochfrequenz-Transistoren dagegen sind einerseits teuer und lassen andererseits nur eine geringe Schaltleistung und eine niedrige Sperrspannung zu.

Ein weiterer Grund für die Wahl einer verhältnismässig kleinen Schwingfrequenz liegt darin, dass infoige des Ladungsträgerspeichereffekts der zu sperrende Transistor nach dem Nulldurchgang der Steuerwechselspannung noch eine gewisse Zeit leitend bleibt und damit die Sperrzeit im Vergleich zur Durohlasszeit des Transistors wesentlich kürzer ist.

In der Zeit, in der aufgrund des LadungsträgerSpeichereffekts der zu sperrende Transistor noch leitend ist, ist auch der andere Transistor schon leitend. Dadurch können sehr hohe Stromspitzen in den Kollektorwicklungen des Ausgangsübertragers auftreten, weil die induktive Komponente der Wicklungsscheinwiderstände wegfällt. Diese Stromspitzen können die beiden Transistoren unzulässig hoch belasten und den Wirkungsgrad aufgrund der hierbei hervorgerufenen Erhöhung der Verlustleistung in den Transistoren herabsetzen.

Es ist zwar bekannt ( s, z«B. die USA-Patentschrift 9^9 79o), diesen Kurzschlusstrom mittels einer Drosselspule herabzusetzen, die in die für beide Transistoren gemeinsame Kollektorgleiohstrom-Versorgungsleitung eingefügt ist, doch hat sich diese Lösung als unbefriedigend erwieden. Um den Spitzenstrom nämlich auf das erforderliche Maß herabzusetzen, muss eine Drosselspule,verhältnismässig hoher Induktivität verwendet werden, die eine hohe Blindleistung aufnimmt. Diese

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Blindleistung muss beispielsweise mit einer parallelgeschalteten Diode vernichtet werden, wodurch aber der Wirkungsgrad wiederum verschlechtert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits die Wahl einer höheren Schwingfrequenz erlaubt und andererseits den Wirkungsgrad verbessert. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass im Basiskreis jedes Transistors ein Verzögerungsnetzwerk angeordnet ist, welches die Einschaltung des Transistors solange verzögert, bis der nach dem basisseitigen Sperrversuch noch weiterfliessende Kollektorstrom des anderen Transistors abgeklungen ist. ■■■„'.■

Dadurch wird es möglich, bei Verwendung normaler Niederfrequenztransistoren die Schwingfrequenz in Richtung der oberen Hörbereichsgrenze oder darüber hinaus zu verschieben. Somit können die nur schwer vermeidbaren mechanischen Schwingungen der benutzten Bauteile nur noch in vermindertem Maß oder gaijnicht störend in Erscheinung treten (s. Psophometerkurve). Infolge der höheren Schwingfrequenz können auch elektrisch und räumlich kleinere Bauelemente verwendet werden. Da die Kupferverluste geringer werden, wird auch der Wirkungsgrad grosser. Der Wirkungsgrad wird ferner dadurch erhöht, dass nun nicht mehr beide Transistoren gleichzeitig leitend skid. Wird dem Wechselrichter ein Gleichrichter und eine Glättungskette nachgeschaltet, so ergeben sich auch für diese Glättings kette kleinere elektrische und räumliche Maße.

Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verzögerungsnetzwerk einen Basisvorwiderstand, eine parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors liegende Kollektor-Emitterstrecke eines weiteren Transistors, ein zwischen dem

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kollektorfernen Anschluss des Basisvorwiderstandes und der Basis des weiteren Transistors liegendes RC-Glied und einen weiteren, parallel zur Basis-Emitterstrecke des weiteren Transistors angeordneten Widerstand auf. Das Verzögerungsnetzwerk benötigt in diesem Fall nur einen kleinen und billigen Transistor sowie zwei zusätzliche kleine Widerstände und einen kleinen Kondensator.

Um eine Umschaltung ohne Lücke zwischen den beiden Halbwellen unabhängig vom Laststrom zu erreichen, wird ferner vorgeschlagen, zwischen Kollektor des Transistors und Basis des weiteren Transistors ein weiteres RC-Glied mit entsprechender Bemessung zu legen.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Wechselrichter mit zwei Leistungstransistoren Tl, T2 in npn-Ausführung dargesta.lt, die im Gegentakt und in Emittergrundschaltung arbeiten. Im Kollektorkreis liegt jeweils eine Teilwicklung Ia, Ib eines Ausgangsübertragers Ü, der mit seiner Lastwicklung Ha/lib entweder unmittelbar oder - wie gezeigt - über Gleichrichter Gl, G2 und einen Ladekondensator C an einen Lastwiderstand L angeschlossen ist. Eine dritte Wicklung III dieses Übertragers ist über einen Reihenschwingkreis Ll, Cl und über je einen Basisvorwiderstand R2 bzw. R3 mit den Basen der Transistoren Tl, T2 gekoppelt. Der Basis-Emitterstrecke jedes Transistors Tl bzw. T2 ist jeweils die Kdllektor-Emitterstrecke eines weiteren npn-Transistors T5 bzw. T4 parallel- und je eine Diode Dl bzw. D2 antiparallelgeschaltet. Zwischen dem kollektorfernen Anschluss jedes Basisvorwiderstandes und der Basis des betreffenden Transistors TjJ bzw. T4 liegt jeweils ein Reihen-RC-Glied R4, C2 bzw. R5, C^. Der Basis-Emitterstrecke des Transistors T3 bzw. T4 ist jeweils eine Diode DJ>

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bzw. D4 antiparallelgeschaltet. Ferner liegt Je ein Reihen-RC-Glied R6, C4 bzw. R7, C5 zwischen dem Kollektor des Transistors Tl bzw. T2, und der Basis des Transistors TJ bzw. t4. Eine Betriebsspanungsquelle U ist mit ihrem positiven Pol an den Mittelabgriff der Wicklung I und über ■ einen Anschwingwiderstand Rl an die Basis des Transistors Tl angeschlossen, während ihr anderer Pol mit dem Nulleiter verbunden ist.

Nach dem Beginn einer Welle, deren Frequenz im wesentlichen durch den Reihenschwingkreis Ll, Cl bestimmt wird und .dessen (| {sinusförmig ausgebildet ist, wird der kollektorferne Anschluss a des Widerstandes R2 positiver als der kollektorferne Anschluss b des Widerstandes RJ. Es beginnt ein Strom in folgendem Stromzweig zu fHessen:

a, R4, C2, Basis-Emitterstrecke des TJ, D2> RJ, b (l)

In diesem Stromzweig wird der Transistor TJ leitend gesteuert, so dass zum Basisstrom ein Kollektorstrom hinzukommt, der über den Widerstand R2 fliesst. Dabei ist der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors TJ so klein, dass der Transistor Tl praktisch im gesperrten Zustand bleibt. Während dieser Phase, nämlich kurz nach dem Nulldurchgang der Steuerwechselspannung, ist der Transistor \ T2 aufgrund des Ladungsträgerspeidereffekts noch leitend. Die Steuerschaltung für den Transistor Tl ist nun so bemessen, dass die Einschaltverzögerung für den Transistor Tl der Abbauzeit der gespeicherten Ladungsträger im Transistor T2 entspricht. Erst danach schaltet der Transistor Tl ein. Analoge Vorgänge finden statt, wenn in der nächsten Halbwelle des Transistor Tl gesperrt und der Transistor T2 leitend gesteuert wird.

Die Einschaltverzögerung ist im wesentlichen unabhängig von der Grosse des Laststroms, wogegen die aufgrund des Ladungsträgerspeichereffekts auftretende Ausschaltverzögerung der '

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BADORiGINAL

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Transistoren Tl, T2 bei mit steigendem Laststrom abnimmt. Wird die Steuerschaltung so bemessen, dass die Einschaltverzögerung für den Transistor Tl bzw. T2 der sich bei kleinstem möglichen Lastwiderstand ergebenden Abbauzeit der gespeicherten Ladungsträger im jeweils anderen Transistor T2bzz. Tl entspricht, so ergeben sich bei grösserer Beladung Lücken zwischen den Halbwellen.

Zur Vermeidung dieser Lücken dient die Rückkopplung vom Übertrager über das RC-Glied R6, C4 bzw. R7, C5 auf die Basis des Transistors T3 bzw. T4.

4 Patentansprüche,

1 Bl.Zeichnungen, !Figur.

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E -Nr.

Reg. Nr.

Case: H. Lucht-3

Titel:

Verzeichnis der verwendeten Bezeichnungen

Bezugs	)	)	■ Ursprungssprache D/E	Übersetzung E/D	•
zeichen	)
Tl, T2	)	(Leistungs-)Transistor
T5, Τ4	)	weiterer Transistor
Ü		Ausgangsübertrager
Ia, Ib		Teilwicklung
Ila/Ilb		Lastwicklung
III		dritte Wicklung
Gl, G2	Gleichrichter
C	Ladekondensator
L	Lastwiderstand
Ll /Cl	Reihenschwingkreis
R2, R3	Basisvorwiderstand
Dl, D2,	Diode
R4/C2,
R5/C5,	Reihen-RC-Glied
R6/C4,
R7/C5
U	Betriebsspanungsquelle
Rl	An^schwingwiderstand
a,b	Anschluss, Punkt
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Claims

H. Lucht - 3 - % -

Patentansprüche

IJ Schaltungsanordnung für einen selbsterregten.Wechselrichter, Gleichspannungswandler oder dergleichen mit zwei im Gegentakt und in Emittergrundschaltung betriebenen Transistoren und mit einer zwischen den Basen angeordneten Reihenschaltung aus einer Ausgangsübertragerwicklung" und einem die Wechselrichterfrequenz bestimmenden Reihenschwingkreis, dadurch gekennzeichnet, dass im Basiskreis jedes Transistors (T1;T2) ein Verzögerungsnetzwerk (C2,R4,D3,R2,T3; C3,R5,d4,R3,T4) angeordnet ist, welches die Einschaltung des Tranistors solange verzögert, bis der nach dem basisseitigen Sperrversuch noch weiterfliessende Kollektorstrom des anderen Transistors abgeklungen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungsnetzwerk einen Basisvorwiderstand (R2), eine parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors liegende Kollektor-Emitterstrecke eines weiteren Transistors (T3), ein zwischen dem kollektorfernen Anschluss des Basisvorwiderstandes und der Basis des weiteren Transistors liegendes RC-Glied (r4,C2) und einen weiteren, parallel zur Basis-Emitterstrecke des weiteren Transistors angeordneten Widerstand (D3) aufweist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Basls-Emitterstrecke jedes Transistors (Tl)ader/und jedes weiteren Transistors jeweils eine Diode (Dl,D3) antiparallelgeschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kollektor des Transistors (Tl) und Basis des weiteren Transistors (T3) ein weiteres RC-Glied (R6,C4) mit derartiger Bemessung liegt, dass bei Vollast auftretende Stromlücken im Nulldur-chgang des Kollektorstroms des Transistors (Tl) vermieden werden.

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