DE1413305B1 - Transistorisierter Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler mit Transistoren.
• Die Umwandlung von Gleichspannungen durch Transistoren wird mit Hilfe von Leistungsschwingkreisen durchgeführt. Es ist bekannt, Schwingungen dadurch zu erhalten, daß über eine Transformatorwicklung ein Transistor rückgekoppelt wird. Um einen solchen Oszillator zum Schwingen zu bringen, muß an den Transistor eine starre Vorspannung angelegt werden. Leistungswandler werden jedoch häufig im Augenblick des Schwingungseinsatzes ziemlich hoch dadurch belastet, daß der zu dem Wandler gehörende Glättungskondensator noch nicht geladen ist. Dadurch entsteht eine Dämpfung der Rückkopplung. Es müssen deshalb besondere Vorkehrungen für den Schwingungseinsatz getroffen werden, die Leistung verbrauchen und somit den Wirkungsgrad herabsetzen.
• Es sind bereits Gleichspannungswandler mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren bekannt, bei denen die Basis jedes Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors über ein RC-Glied rückgekoppelt ist. Bei einer dieser bekannten Schaltungsanordnungen besteht das RC-Glied aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators. Durch diese RC-Glieder wird die Schwingungsfrequenz des Gleichspannungswandlers bestimmt. Der Kondensator des RC-Gliedes ist so groß bemessen, daß die Zeitkonstante des RC-Gliedes groß ist im Vergleich zur Oszillatorfrequenz. Ferner ist noch ein Transformator vorgesehen mit je einer im Kollektor-Emitter-Kreis jedes Transistors liegenden Primärwicklungshälfte und einer über einen Brückengleichrichter und einen Glättungskondensator die Ausgangsgleichspannung liefernden Sekundärwicklung (»Funk-Technik«, Nr. 6, 1958, S.197, Bild 1).
• Es ist weiter ein Gleichspannungswandler mit in Gegentakt geschalteten Transistoren bekannt, bei dem die Basis jedes Transistors über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators mit dem Kollektor des anderen Transistors rückgekoppelt ist. Hierbei dient der Widerstand aber nur dazu, den Ladestrom zu reduzieren. Die Schwingungsfrequenz wird hier auch durch den Kondensator in Verbindung mit einem weiteren Widerstand bestimmt (»Valvo Berichte«, 1957, Bd. III, Heft 3, S.135).
• Es ist weiter eine selbsterregte Transistorgegentaktschaltung bekannt, bei der zwischen der Basis des einen Transistors und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle ein Widerstand als Starthilfe geschaltet ist (britische Patentschrift 766 868).
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit Transistoren arbeitenden Gleichspannungswandler der bekannten Art zu schaffen, der einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Dies wird durch die nachstehend beschriebene Schaltungsanordnung erreicht.
• Die Erfindung geht aus von einem Gleichspannungswandler, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle, einem Oszillator mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren, die durch Verbindung der Basis jeweils eines Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors über je ein RC-Glied gegenseitig rückgekoppelt sind, dessen Kondensator so groß bemessen ist, daß die Zeitkonstante des RC-Gliedes groß ist im Vergleich zur Oszillatorfrequenz, einem Transformator mit je einer in dem Kollektor-Emitter-Kreis jedes Transistors liegenden Primärwicklungshälfte und einer über einen Brückengleichrichter und einen Glättungskondensator die Ausgangsgleichspannung liefernden Sekundärwicklung und ist dadurch gekennzeichnet, däß der Kondensator und der Widerstand jedes RC-Gliedes in Reihe geschaltet sind und daß Emitter und Basis eines jeden Transistors durch je eine Diode so überbrückt sind, daß die Sperrichtung der Dioden der Sperrichtung der Emitter-Basis-Strecke entgegengesetzt ist, wobei als Starthilfe ein weiterer Widerstand zwischen die Basis des einen Transistors und den negativen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist.
• Im folgenden soll der Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung an Hand der Figur näher beschrieben werden.
• Der Wandler besteht aus zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren Tr und einem Transformator T. Die Kollektoren dieser Transistoren sind an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen. Zwischen den zusammengeschalteten Emittern und dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators liegt die Batterie E. Die Transistoren sind gegenseitig rückgekoppelt durch den Kondensator C in Reihe mit dem Widerstand R. Die Rückkopplung wird dadurch erreicht, daß die Kondensatoren einen Weg zwischen dem Kollektor des einen und der Basis des anderen Transistors bilden. Die Kondensatoren weisen eine große Kapazität auf, damit eine große Zeitkonstante im Vergleich zu der Frequenz erzielt wird. Dadurch wird, während der Transistor geöffnet ist, ein ziemlich konstanter Basisstrom erzielt. Wenn der Transformator gesättigt ist, fällt die Batteriespannung am Transistor ab, und dieser Vorgang wird sehr schnell zu dem zweiten Transistor übertragen. Während dieser Halbwelle entlädt sich der Rückkopplungskondensator des ersten Transistors. Die Bedingung, daß der Kondensator den gleichen Ladezustand wie zu Beginn annehmen soll, bedeutet, daß der gleiche Lade- und Entladewiderstand für den betreffenden Kondensator notwendig ist. Erfüllt wird diese Bedingung durch die Diode D, die zwischen Basis und Emitter jedes Transistors eingeschaltet wird. Die Diode ist so gepolt, daß sie umgekehrt wie die Emitter-Basis-Diode des Transistors wirkt. Damit die Schwingungen des Oszillators einsetzen können, muß eine kleine Unsymmetrie zwischen den Transistoren vorhanden sein, die dadurch erzielt wird, daß ein sehr kleiner Strom durch den Widerstand Rb an einen Transistor geführt wird. Die Schwingungen des Oszillators setzen trotz des großen Glättungskondensators Cgl ein, da im Augenblick des Einsatzes der Rückkopplungsweg durch diesen Kondensator in bekannter Weise nicht kurzgeschlossen wird.
• Der Basisstrom kann durch den Widerstand R auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß der Transistor bei maximaler Last ein Minimum an Spannungsabfall aufweist.
• Wenn der Brückengleichrichter L kurzgeschlossen wird, setzen die Oszillatorschwingungen aus und die Transistoren sperren selbst, und zwar dadurch, daß die Rückkopplungskondensatoren auf das Potential der Gleichspannungsquelle aufgeladen werden. Die Schwingungen des Oszillators setzen wieder ein, wenn der Kurzschluß beendet ist. Dadurch werden der Brückengleichrichter und die Last auf der Sekundärseite gegen Beschädigungen geschützt.
• Durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird ein wesentlich höherer Gesamtwirkungsarad erzielt, nämlich 80 bis 85 %, D gegenüber 70% bei der bekannten Schaltungsanordnung.
• Patentschutz wird nur für die Gesamtheit der Merkmale im Patentanspruch begehrt; Elementenschutz ist ausgeschlossen.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Gleichspannungswandler, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle, einem Oszillator mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren, die durch Verbindung der Basis jeweils eines Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors über je ein RC-Glied gegenseitig rückgekoppelt sind, dessen Kondensator so groß bemessen ist, daß die Zeitkonstante des RC-Gliedes groß ist im Vergleich zur Oszillatorfrequenz, einem Transformator mit je einer in dem Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors liegenden Primärwicklungshälfte und einer über einen Brückengleichrichter und einen Glättungskondensator die Ausgangsgleichspannung liefernden Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator und der Widerstand jedes RC-Gliedes in Reihe geschaltet sind und daß Emitter und Basis eines jeden Transistors durch je eine Diode so überbrückt sind, daß die Sperrichtung der Dioden der Sperrichtung der Emitter-Basis-Strecke entgegengesetzt ist, wobei als Starthilfe ein weiterer Widerstand zwischen die Basis des einen Transistors und den negativen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist.