DE1275198B - Transistorbrueckenwechselrichter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02m

H 02p

Deutsche Kl.: 21 d2 -12/04

Nummer: 1275 198

Aktenzeichen: P 12 75 198.3-32 (T 15735)

Anmeldetag: 9. Oktober 1958

Auslegetag: 14. August 1968

Die Erfindung betrifft einen Transistorbrückenwechselrichter mit je einem in Emitter- oder Basisschaltung angeordneten Transistor in jedem Zweig, bei dem die eine Briickendiagonale mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist und über einen in der anderen Brückendiagonale angeordneten Transformator eine Wechselspannung abgenommen wird und bei dem der Transformator vier Hilfssekundärwicklungen besitzt, die zur positiven Rückkopplung die Basen der Transistoren mit ihren Emittern verbinden.

In »Proceedings of the Institute of Radio Engineers«, Januar 1955, S. 99, ist eine Schaltung mit zwei pnp-Transistoren beschrieben, deren Basen mit Erde verbunden, deren Emitter über je eine Hilfs-Sekundärwicklung eines Transformators an Erde geführt und deren Kollektoren über die Primärwicklung des Transformators miteinander verbunden sind. Die negative Klemme einer Batterie ist an eine Mittelanzapfung der Primärwicklung angeschlossen, und die positive Batterieklemme ist geerdet. Die Hilfssekundärwicklungen sind so gewählt, daß die Rückkopplung, welche sie bewirken, die Schaltung in Schwingung hält. Infolgedessen entsteht in der Hauptsekundärwicklung des Transformators eine Wechsel-Stromausgangsspannung.

Hohe Wirkungsgrade werden durch Betreiben der Transistoren in der bekannten Schaltung als Schalter erzielt. Bei dieser Betriebsweise wird jeder Transistor während des Schwingens abwechselnd voll leitend und sperrend, und zwar wird er dann sperrend, wenn der Kern des Transformators in die Sättigung gelangt, wo sich keine weitere Erhöhung des magnetischen Flusses durch die Transformatorwicklungen ergibt. Infolgedessen verschwindet nämlich das Signal in der Rückkopplungswicklung plötzlich, so daß der Transistor sperrt. Die Frequenz der Schwingungen in der Schaltung wird hauptsächlich durch die Transformatoreigenschaften, insbesondere die Eigenschaften des Kernmaterials, bestimmt.

Ein Nachteil der Transistoren besteht darin, daß die Spannung, die zwischen der Emitter- und Kollektorelektrode angelegt werden kann, begrenzt ist. In der beschriebenen Schaltung schwingt das Kollektorpotential jedes Transistors zwischen einem Potential, das im wesentlichen dem des Emitters, d.h. Erdpotential, entspricht, und einem Potential von doppelter Höhe dessen, das von der Batterie gegenüber Erdpotential geliefert wird. Wenn infolgedessen beispielsweise der zulässige Emitter-Kollektor-Spannungsbereich eines Transistors 24 Volt beträgt, so kann eine Batterie, die eine höhere Spannung als Transistorbrückenwechselrichter

Anmelder:

Sylvania-Thorn

Colour Television Laboratories Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,

8900 Augsburg-Göggingen, v.-Eichendorff-Str. 10

Als Erfinder benannt:

Guy Lloyd Fougere,

William Leslie Brendling, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 9. Oktober 1957 (31599)

12 Volt liefert, nicht verwendet werden. Da die maximale Leistung, die durch die Schaltung geliefert werden kann, bestimmt wird durch die Batteriespannung, multipliziert mit dem Kollektorstrom bei leitendem Zustand eines Transistors, so würde eine Schaltung, die eine Batteriespannung gleich dem zulässigen Emitter-Kollektor-Spannungsbereich zu schalten in der Lage ist, eine Verbesserung gegenüber der beschriebenen bekannten Schaltung darstellen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine solche verbesserte Schaltung zu schaffen.

Aus der französischen Patentschrift 1137 283 ist im Prinzip bekannt, einen Brückenwechselrichter aufzubauen, bei dem in jedem Zweig ein steuerbarer Halbleiter angeordnet ist, der auch ein Transistor sein könnte. Die Ausbildung von Steuerkreisen bei Verwendung von Transistoren sind der Zeitschrift »AIEE-Transactions«, November 1955, S. 587 bis 592, zu entnehmen. Derartige Transistorbrückenwechselrichter haben den Vorteil, daß jeweils zwei Transistoren in Reihe liegen, von denen jeder eine Spannung schalten kann, die der maximalen Kollektor-Emitter-Spannung entspricht.

Versucht man jedoch eine derartige Schaltung aufzubauen, so zeigt es sich, daß sie verhältnismäßig kompliziert wird und auch einen geringeren Wirkungskreis aufweist, als wünschenswert ist. Dies kommt daher, daß sich die Ausgangswechselspannung nicht ohne weiteres von den Vorspannungskreisen entkoppeln läßt, so daß an diesen ein merklicher Teil der Ausgangsspannung verlorengeht.

809 590/169

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einen möglichst Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin,

einfachen Aufbau der Schaltung hinzuarbeiten und daß übliche Vorspannungsmaßnahmen zur Sicherden für Brückenschaltungen üblicherweise zu er- stellung der thermischen Stabilität der Transistoren wartenden hohen Wirkungsgrad auch bei Transistor- angewendet werden können, um die Betriebsbedinbrückenwechselrichtern zu erreichen. 5 gungen für B-Betrieb, v4B-Betrieb oder ^4-Betrieb

In überraschend einfacher Weise gelingt dies ge- festzulegen, unter denen die Schaltung arbeiten soll, maß der Erfindung bei einem Transistorbrücken- Wenn die Kollektorelektroden zweier Transistorpaare wechselrichter der eingangs genannten Art dadurch, zusammengeschaltet sind, kann eine gemeinsame daß in gegenüberliegenden Zweigen zueinander korn- Wärmeableitung für jedes Transistorpaar angewendet plementäre Transistoren verwendet sind und der io werden.

Kollektor eines der npn-Transistoren mit dem KoI- Die Erfindung ist in einigen Ausführungsbeispielen

lektor eines der pnp-Transistoren über eine Primär- an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar wicklung des Transformators und der Kollektor des zeigen

anderen npn-Transistors mit dem Kollektor des F i g. 1 und 2 Schaltbilder von zwei Ausführungsanderen pnp-Transistors über eine weitere Primär- 15 formen der Erfindung, und

wicklung verbunden sind. F i g. 3 und 4 Schaltbilder, die zwei Möglichkeiten

Eine andere Lösung der Aufgabe der Erfindung angeben, wie die Stabilität der in Fig. 1 und 2 darbei einem Transistorbrückenwechselrichter der ein- gestellten Transistoren erzielt werden kann, gangs genannten Art besteht darin, daß in gegenüber- In F i g. 1 sind zwei npn-Transistoren 10 und 11

liegenden Zweigen zueinander komplementäre Tran- 20 vorgesehen, deren Emitter unmittelbar mit einer sistoren verwendet sind und der Kollektor eines der ersten Eingangsklemme 12 und deren Basen mit der npn-Transistoren mit dem Kollektor eines der pnp- ersten Eingangsklemme über je eine Hilfssekundär-Transistoren über eine Primärwicklung des Trans- wicklung 13 und 14 eines Transformators verbunden formators und der Kollektor des anderen npn-Tran- sind. Ferner sind zwei pnp-Transistoren 15 und 16 sistors mit demKollektor des anderenpnp-Transistors 25 vorgesehen, deren Emitter unmittelbar mit einer über die gleiche Primärwicklung verbunden sind. zweiten Eingangsklemme 17 und deren Basen mit der

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines zweiten Eingangsklemme über je eine weitere Hilfs-Transistorbrückenwechselrichters ergibt sich eine Sekundärwicklung 18 und 19 des Transformators verkomplementäre Symmetrie bezüglich der Transfer- bunden sind.

matorprimärwicklungen, so daß die Transistoren in 30 Der Kollektor des npn-Transistors 10 ist mit dem der sehr einfachen Brücke in Emitterschaltung be- Kollektor des pnp-Transistors 16 über eine erste Pritrieben werden können, die bekanntlich die größte märwicklung 20 des Transformators verbunden, und Leistungsverstärkung ermöglicht. Gleichzeitig wer- die Kollektoren der anderen beiden Transistoren 11 den die Emitterpotentiale und damit die Basisvor- und 15 sind über eine zweite Primärwicklung 21 des Spannungskreise von der an der Transformatorprimär- 35 Transformators zusammengeschlossen. Im Betrieb wicklung entstehenden Wechselspannung entkoppelt. wird eine Batterie 22 an die Eingangsklemmen an-Auf diese Weise wird der Ausgangsleistungsabfall, geschaltet, deren positiver Pol mit der Klemme 17 der sonst durch die Vorspannungskreise bewirkt verbunden wird. Eine Belastung wird an die Auswird, vermieden. gangsklemmen 23 und 24 angeschlossen, die mit einer Gemäß der USA.-Patentschrift 2 798160 ist es 40 Hauptsekundärwicklung 25 des Transformators in zwar bekannt, in Zusammenhang mit Wechsel- Verbindung stehen.

richtern komplementäre Transistoren zu verwenden, Die Anordnung der Transformatorwicklungen ist

doch befaßt sich diese Druckschrift nicht mit einem so getroffen, daß die Schaltung im Schwingungs-Brückenwechselrichter, so daß die von der Erfindung zustand gehalten wird und dadurch eine Wechselzu lösende Aufgabe nicht ansteht und auch kein 45 spannung an die Belastung liefert. Somit sind, wenn Hinweis zur Lösung derselben gegeben wird. Die das mit einem Punkt markierte Ende der Primär-Druckschrift zeigt nämlich nur zwei parallelgeschal- wicklung 20 oder 21 in bezug auf das andere Ende tete Verstärker, die jeweils mit einer kapazitiven positiv ist, die mit Punkten markierten Enden der Rückkopplung versehen sind und deren Ausgang an Wicklungen 13, 14, 18 und 19 positiv in bezug auf die entgegengesetzten Enden einer Transformator- 50 die anderen Enden dieser Wicklungen. Primärwicklung angeschlossen sind. Die Verstärker Bei der Schaltung nach F i g. 2 sind die beiden

sind, was für die Funktion des Wechselrichters an Primärwicklungen 20 und 21 des Transformators sich nicht von Bedeutung ist, zweistufig ausgeführt, durch eine einzige Primärwicklung 26 ersetzt, deren wobei jeder Verstärker in bekannter Weise aus zwei eines Ende mit den Kollektoren der Transistoren 10 komplementären Transistoren aufgebaut ist, die in 55 und 15 und deren anderes Ende mit den Kollektoren Kaskade geschaltet sind. der Transistoren 11 und 16 verbunden ist. In dieser

In einem Wechselrichter nach der ersterwähnten Schaltung werden vier Transistoren mit weitestgehend Ausführungsform der Erfindung müssen die Kenn- aneinander angepaßten Kenndaten gewählt. Es soll daten der vier Transistoren ziemlich genau anein- hervorgehoben werden, daß bei dieser Anordnung ander angepaßt werden, um einen zufriedenstellenden 60 die Kollektoren der Transistoren 10 und 15 mit einer Betrieb zu erzielen. Bei der zweiten Ausführungsform gemeinsamen Wärmeableitung versehen werden könder Erfindung können dagegen die Kenndaten merk- nen, wie dies ebenfalls bei den Kollektoren der Tranlich voneinander abweichen. sistoren 11 und 16 durchgeführt werden kann.

Um die Gleichspannungsisolatoren zu erleichtern, Es werden nun die in Fig. 3 und 4 gezeigten Mögist es vorteilhafter, die Hilfssekundärwicklungen 65 lichkeiten der Vorspannungserzeugung erläutert. In zwischen die Basiselektroden und die Eingangs- diesen Figuren ist nur ein Teil der vollständigen anschlüsse einzuschalten als zwischen die Emitter- Schaltung dargestellt, und die Transistoren 11 und 16 elektroden und die Anschlüsse. sind weggelassen. Für die Vorspannungserzeugung

werden bei diesen Transistoren die gleichen Anordnungen verwendet wie bei den Transistoren 10 und 15. Die Vorspannungserzeugung wird in ihrer Anwendung auf die Schaltung nach F i g. 2 gezeigt.

In F i g. 3 wird der Emitter des Transistors 10 mit Hilfe eines zwischen dem Emitter und dem Anschluß eingefügten Widerstandes 27 vorgespannt, und die Basis wird vorgespannt, indem sie an die Verbindung zwischen zwei Widerständen 28 und 29 angeschlossen wird, die in Reihe zwischen die Klemmen 12 und geschaltet sind und damit einen Spannungsteiler bilden. Ein Blockierungskondensator 30 ist zwischen Basis und Wicklung 13 eingeschaltet. Eine entsprechende Schaltung mit Widerständen 27 α, 28 α, 29 α ist für den Transistor 15 vorgesehen.

Bei der abgewandelten Schaltung nach F i g. 4 ist die Basis des Transistors 10 nicht direkt an die Verbindung zwischen den Widerständen 28 und 29 angeschlossen, sondern über die Wicklung 13. Aus diesem Grund ist der Kondensator 30 hier parallel zum Widerstand 28 gelegt, so daß er als Überbrückungskapazität wirkt.

Die an Hand von F i g. 3 und 4 erläuterten Vorspannungserzeugerschaltungen können ebenso auf die in F i g. 1 gezeigte Schaltung angewendet werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Transistorbrückenwechselrichter mit je einem

in Emitter- oder Basisschaltung angeordneten Transistor in jedem Zweig, bei dem die eine Brückendiagonale mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist und über einen in der anderen Brückendiagonale angeordneten Transformator eine Wechselspannung abgenommen wird und bei dem der Transformator vier Hilfssekundärwicklungen besitzt, die zur positiven Rückkopplung die Basen der Transistoren mit ihren Emittern verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß in gegenüberliegenden Zweigen zueinander komplementäre Transistoren verwendet sind und der Kollektor eines der npn-Transistoren (10) mit dem Kollektor eines der pnp-Transistoren (16) über eine Primärwicklung (20) des Transformators und der Kollektor des anderen npn-Transistors (11) mit dem Kollektor des anderen pnp-Transistors (15) über eine weitere Primärwicklung (21) verbunden sind (F i g. 1).

2. Transistorbrückenwechselrichter mit je einem

in Emitter- oder Basisschaltung angeordneten Transistor in jedem Zweig, bei dem die eine Brückendiagonale mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist und über einen in der anderen Brückendiagonale angeordneten Transformator eine Wechselspannung abgenommen wird und bei dem der Transformator vier Hilfssekundärwicklungen besitzt, die zur positiven Rückkopplung die Basen der Transistoren mit ihren Emittern verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß in gegenüberliegenden Zweigen zueinander komplementäre Transistoren verwendet werden und der Kollektor eines der npn-Transistoren (10) mit dem Kollektor eines der pnp-Transistoren (16) über eine Primärwicklung (26) des Transformators und der Kollektor des anderen npn-Transistors (11) mit dem Kollektor des anderen pnp-Transistors (15) über die gleiche Primärwicklung (26) verbunden sind (F i g. 2).

3. Transistorbrückenwechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfssekundärwicklungen (13, 14, 18 und 19) paarweise und symmetrisch mit Punkten unterschiedlichen Gleichspannungspotentials verbunden sind, an denen jedoch kein Wechselspannungspotential auftritt.

4. Transistorbrückenwechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem gleichen Ende der Primärwicklung (26) direkt verbundenen Kollektoren jeweils mit gemeinsamen Einrichtungen für Wärmeableitung verbunden sind.

5. Transistorbrücken wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit Emitterschaltung der Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transistor mit einer Vorspannungseinrichtung versehen ist, die einen Widerstand (27) in der Emitterleitung und einen Spannungsteiler (28,29) enthält, der zwischen die Gleichspannungsklemmen (12, 17) zur Vorspannung der Basis geschaltet ist.

6. Transistorbrückenwechselrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis jedes Transistors direkt mit einem Zwischenpunkt des Spannungsteilers (28, 29) verbunden ist, und daß je ein Kondensator (30) in Reihe mit je einer der vier Hilfssekundärwicklungen (13,14, 18 und 19) geschaltet ist.

7. Transistorbrückenwechselrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis jedes Transistors über die zugeordnete Hilfssekundärwicklung (z. B. 13) mit einem Zwischenpunkt auf dem Spannungsteiler (28, 29) verbunden ist und daß dieser Zwischenpunkt mit einer der Gleichspannungsklemmen (12 oder 17) über den Kondensator (30) in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschrift Nr. 1137 283;

USA.-Patentschriften Nr. 2798 160, 2 821 639;

»AIEE-Transactions«, November 1955, S. 587 bis 592;

»Proceedings of the IRE«, Januar 1955, S. 99;

»Instruments and Automation«, Vol. 27, 1954, H.

8, S. 1298.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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