DE1488170A1

DE1488170A1 - Transistor-Wechselrichter

Info

Publication number: DE1488170A1
Application number: DE19641488170
Authority: DE
Inventors: Mehwald Dipl-Ing Guenther
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1964-09-12
Filing date: 1964-09-12
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3324411A

Description

HOWEYVJELL GmbH Frankfurt am Main

11. September 1964

PA 64/09

Transistor-Wechselrichter

Gegenstand der Erfindung ist die Verbesserung der Frequenzstafcilittlt eines Transistor-Wechselrichters, wie er in der USA Patentschrift 2 997 664 dargestellt und beschrieben Jet. Die:·:er bekannte Wechselrichter arbeitet mit zwei mit ihren Kollel'torel3ktroden an die Primärwicklung des Ausgangs träneformators angeschlossenen, im Gegentakt abwechselnd durchgeschalteten und gesperrten Transistoren. Die Basiselektroden dieser Transistoren sind an die Endpunkte der Sekundärwicklung eines im 3ätti£;ung3gebiet betriebenen Rückkopplungsüoertragers angeschlossen. Die Betriebsgleichspannungsquelle liegt zwischen der Mittelanzapfung des Auegangstranaform*tore und den miteinander verbundenen Emitterelektroden der beiden Transistoren. Zur Stabilisierung der Frequenz der erzeugten Wechselspannung ist der Prinärwicklung des Rückkopplung*- Übertragers eine Spannucgsbegrenzeranordnung parallel ge-"? schaltet. Die Rückkopplungsspannung wird dabei einer be- co sonderen Rückkopplungswicklung des Ausgangsübertrager* ent-

oo ·

_» nomrun und über einen Strombegrenzungswiderstand der PriatSr- ^ wickVuxg des Rückkopplurgsübertragers zugeführt. ο cn ο Es he.t sich gezeigt, daß die durch die 3pannungsbegrenMis> anordnunir erzielte Frequenss-.tabilisierung bei Schwankunfwa

der Betriebsglejchspannung vielfach nicht ausreichend ist. Dies ist auf den« wenn auch geringen so doch endlichen, dynamischen Innenwideretand der Spannungsbegrenzeranordnung zurückzuführen. Mit steigender Betriebsgleichspannung nimmt die Frequenz des bekannten Transistor-Wechselrichters noch »erklich au.

Ute bei einem Transistor-Wechselrichter vorgenannter Art jeglichen Einfluß von Betriebsgleichspannungsschwankungen auf dl« Frequenz der erzeugten Wechselspannung auszuschalten, wird gemäß der Erfindung in den Primärkreis des Rückkopplungsübertragers in Reihe ait der rückgekoppelten Spannung eine dieser Spannung proportionale Gegenspannung solcher Größe eingespeist, daß die Spannung an der Primärwicklung des Rückkopplungs Übertragers unter allen Betriebsbedingungen konstant gehalten wird. Um eine genaue Kompensation zu ermöglichen, ist die ' Größe der Gegenspannung, zweckmäßig beispielsvreise mit Hilfe eines Potentiometers, einstellbar.

Die Größe der benötigten Kompensationsspannung hängt von Verhältnis des dynamischen Innenwiderstandes der Begrenzeranordnung zur Summe von Stronibegrenzur gsv/i derstand und dynamischem Innen'A'iderstEnd ab. Man kann deshalb in Ueiterbildung der Erfindung, statt die Gegenspannung zu ändern, auch das genannte Widerstandnverhältnis urd/oder die Größe der Rückkopplungsspannung einstellbar machen. Letzteres ist vielfach einer Änderung der Größe der Kompensationsspannung vorzuziehen, da diese meistens aus einer Hilfswicklung des Ausgangsübertragers entnommen wird, die nur wenige Windungen aufweist. Die RUckkopplungsspannung kann wie bei dem bekannten Wechselrichter einer besonderen Rückkopplungswicklung des Ausgangsübertrager entnommen oder unter Vermeidung einer solchen zusätzlichen Wicklung unmittelbar von den Kollektorelektroden der beiden Transi-

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stören abgegriffen werden.

Für die Spannungsbegrenzeranordnung können wie bei den bekannten Wechselrichter zwei gegeneinander geschaltete Zener-Dioden der Primärwicklung des Rückkopplungsübertra- \ gers parallel geschaltet öder in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eins Gleicht enter-Brückenechaltung mit in den Diasorialsrvieig eingeschalteter 2ene:."-Di ode vorgesehen sein. Die letztgenannte Anordnung ist deshalb günstiger, weil rjan rsur eine Zener-Diode benötigt und somit gev7&hrleistet ist. Saß die Begrenzer-Spannung in» beiden Richtungen stets gleich irpoß ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand zvreler Ausftihrungsbelspiele beschrieben, bei denen sich die Schaltung gemäß Figur 2 von der in Figur 1 gezeigten Scheltung nur dadurch unterscheidet, daß die genaue Kompensation von Betriebsgleichsparsnurejsschwenkungen mit Hilfe eir?es Potentiometers einstellbsr ist.

In bei den Schaltungen sind di e Kollektorelektroden der beiden Im Oegentakt betriebenen Transistoren TsI und Ts2 an die Endpunkte der Primärwicklung W21/W22 des Ausgangstransformators Tr2 angeschlossen. Am Mittelabgriff dieser Primärwicklung liegt der Pluspol und an den miteinander verbundenen Emitterelektroden der beiden Transistoren der Minuspol der Betriobsgleichspannunssquelle U_ß. Die Basiselektroden der beiden Transistoren sind über Je einen Widerstand Rl bzw. R2 an die Endpunkte der Sekundärwicklung W12 des Rückkopplungaübertragers TrI angeschlossen. Der in die Verbindungslei tU7ig zwischen der Mittelanzapfung der SekundärwickjLung V112 des RUckkopplungsübertragers und dem Verblndungs» punkt der bei dan Emitterelektroden eingeschaltete Oleichrichter Or5 soll in Verbindung mit dem Widerstand R3 und den

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Kondensator Cl das Anschwingen des Wechselrichters in an sich bekannter Weise erleichtern. Die Oleiahrichter Qr6 .und Gr7 sind den Kollektor-Eaitter-Strecken der beiden Traneistoren parallel geschaltet und sollen bei Sperrung des zugehörigen Transistors die induktiven Rückströme an den genannten Elektrodenstrecken vorbei leiten. Die erzeugte Wechselspannung wird an der Sekundärwicklung W24- des Ausgangsübertragers Tr2 abgegriffen.

Die der Primärwicklung WIl des Rückkopplungsübertragers TrI zuzuführende Rückkopplungsspannung wirft unmittelbar von den Kollektorelektroden der beiden Transisfo ren abgenommen. Hierzu ist die Kollektorelektrode des Transistors Tel mit dem unteren Ende der Primärwicklung WIl verbunden« während die Kollektorelektrode des Transistors Ts2 über den Strombegrenzungswiderstand R4 und die Hilfswicklung W2j5 des Ausgangstransformators Tr2 mit dem oberen Ende der Primärwicklung WIl in Verbindung steht. Über die genannte Hilfswicklung W25 wird in Reihe mit der rückgekoppelten, an den Kollektorelektroden der beiden Transistoren abgegriffenen Spannung eine dieser· rückgekoppelten Spannung U₂₁ proportionale aber gegenphasige Koapensationsspannung ^KU21 in den Primärkreis des RUckkopplungsübertragers TrI eingespeist, sodafi an dessen Primärwicklung WIl eine Spannung U., liegt, die der Differenzspannung Ug₁ . (1-K) - IR* entspricht. Der Hintereinanderschaltung der Wicklungen WIl und W23 ist die Spannungsbegrenzeranordnung« bestehend aus der Gleichrichterbrüokensehaltung mit den Gleichrichtern Orl-4 und der im Diagonalzweig liegenden Zener-Diode ZDl, parallel geschaltet. Es wird also nicht wie bei der bekannten Anordnung die Spannung U₁₁ sondern die Spannung (U₁₁ - KU₃₁) auf einen.konstanten Wert begrenzt. Hierdurch ergibt sich die gewünschte Frequenzstabilisierung. Der Proportionaltitätsfaktor K ergibt sich hierbei aus der Größe des Begrenzungswiderstcndes R4 und dem dynamischen Innenwi derstand r der

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- 5 " Spannungsbegrenzeranordnung zu

ν·

R4 + r

Bs let ersichtlich, daß man diese Bedingung für die voll-•ttndige Kompensation bei vorgegebenem Innenwiderstand r der engeranordnung durch Verändern der Größe der Oegenspannung, also durch Verändern des Paktors K oder bei vorgegebener OrISBe der Qegenspannung, d.h. bei konstanter Windungstahl der Hilfswicklung W23, durch. Verändern des dynamischen Innenwiderstandes r der Spannungsbegrenzeranordnung erfüllen kann. Schließlich führt auch eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten zum Ziel.

Da die Arbeitewelse des Wechselrichters aus der USA Patentschrift 2 997 664 bekannt 1st, soll hierauf nur kurz eingegangen werden. Nimmt man an, daß beim Einschalten der · Oleichspannung U- der über den Kollektor des Transistors TsI fließende Leokstroa etwas größer ist als der des Tranalstore Ts2, so wird in der Primärwicklung WIl des Rückkopplungsübertragers ein Strom fließen, der in der Sekundärwicklung W12 eine solche Spannung entstehen läßt, daß die Basis des Transistors TsI ein gegenüber dem Emitter dieses Trans!Etovs positives Potential annimmt. Hierdurch öffnet der Transistor TsI noch weiter, während der Transistor Ts2 in zunehmendem MaBe gesperrt Wird. Dieser Rückkopplungsvorgang schaukelt sich so lange auf, bis der Transistor TsI völlig , to geöffnet und der Transistor Ts2 völlig gesperrt ist. Sobald to Jedoch de:? Kern des Rückkopplungsübertragers TrI gesättigt 1st, JJJ nimmt seile Impedanz ab, wodurch der Strom Im Rückkopplung*· <" kreis und so der Strom über den Widerstand R4 welter ansteigt. ο Dies'hat zur Folge, daß am Strombegrenzungswiderstand R4 ein größerer Spannungsabfall auftritt, wodurch die Spannung • an der Primärwicklung WIl des RÜckkopplungsÜbertragers ver- _;; ringert wird. Dies bedeutet aber, daß sich die Polarität der r

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in der Sekundärwicklung W12 dee RUckkopplungattbertragers TrI Induzierten Spannung umkehrt, wodurch nunmehr der Transistor- Tel gesperrt und der Transistor Ts2 geöffnet wird. Die Sättigung des übertragerkernes TrI leitet also jeweils das Umschalten der Transistoren und damit die nächste Halbwelle der erzeugten Wechselspannung ein. Da die zum Sättigen des übertragerkernes TrI benötigte Zeit und damit die Frequenz der erzeugten Wechselspannung von der an der Primärwicklung V/11 des Rückkopplungsübertragers liegenden Spannung abhängt, kann durch Stabilisierung dieser Spannung die Frequenz 4er Wechselspannung konstap.t gehalten vrerden. Eine vollständige Stabilisierung gegenüber Schwankungen der Betriebsgleichspannung scheitert jedoch bei der bekannten Anordnung an den, wann auch geringen so doch endlichen dynamischen Imenwiderstand dar Spannungsrbegrenzeranordnung. Um dies zu berücksichtigen, wird bei der Schaltung gemäß der Erfindung eine der Rückkopplungsspannung proportionale, aber entgegengerichtete Kempens at ionssparnung in den Primärkreis des Rückkopplungsübertragers eingespeist, indem die Hilfswicklung W23 auf dem Ausgangsübertrager Tr2 mit der Primärwicklung WIl des Rückkopplungsübertragers in Reihe geschaltet ist. Diese Gegenspannung ist dabei so bemessen, daß sie durch Schwankungen der Betriebsgleichspannung hervorgerufene Änderungen der Rückkopplungsspannung gerade kompensiert .

Die Schaltung gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Schaltung lediglich dadurch, daß der '

Strombegrenzungswiderstand R4 In die Zuleitung zur Kollektoro ο elektrode des oberen Transistors Tel eingeschaltet ist und £ zwischen diesem Strombegrenzungswiderstand R4 und dem unteren * Anschlußpunkt der GlelchrlchterbrUckenschaltung Orl-4 ein

s. Potentiometer Pl liegt, dessen Abgriff mit dem unteren _n Wicklungsende der Primärwicklung WIl des RUckkopplungsüber-J tragers TrI verbunden 1st. Durch Verstellen des Sohleifers dieses Potentiometers läßt eich der dynamische Innenwiderstand der Spannungsbegrenzeranordnung und gleichseitig die Grüße der rückgekoppelten Spannung derart verändern, daß

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die obengenannte Bedingung für die vollständige Kompensation erfüllt wird. Im übrigen stimmt die Schaltung gemäß Figur 2 in Ihrer Wirkungsweise und in Ihren Bezugszeichen mit Figur 1 überein.

Claims

Patentansprüche

Gegentakw-Transistor-Wechselrlchter mit zwei mit ihren Kollektorelektroden an die Primärwicklung des Ausgangstransformators angeschlossenen, abwechselnd durchgeschalteten und gesperrten Transistoren, deren Basiselektroden an die Endpunkte der Sekundärwicklung eines im Sättigungsgebiet betriebenen Rückkopplungsübertragers angeschlossen sind, wobei die Gleichspannungsquelle sswischen die Mittelanzapfung des Ausgangstransformators und die miteinander verbundenen Emitterelektroden der beiden Transistoren eingeschaltet und der Primärwicklung des KUckicopplurigsübertragers eine Spannungsbegrenzeranordnung parallel geschaltet 1st, dadurch gekennzeichnet, daß in den Primärkreis des RUckkopplungsübertragers (TrI) in Reihe mit der rückgekoppelten Spannung eine dieser Spannung (U₂T,) proportionale Ctegenspannung (K · U₂₁) solchem Größe eingespeist wird, daß durch änderungen der Betriebsglaichspannung (Ug) bedingte Frequenzänderungen der Ausgangswechselspannung kompensiert werden.

2. Transistor-Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h η e t, daß die Gegenspannung einer Hilfswicklung (W23) des Ausgangstran3forraators (Tr2) entnommen wi \"d.

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J. Transistor-Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Qegenspannung mit Hilfe eines Potentiometers •instellbar 1st.

4. Transistor-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1-3* dadurch gekennzeichnet, daß die QrUBe der Rückkopplungsspannung einstellbar let.

5. Transistor-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1-4, daduroh gekennzeichnet, daS die der Primärwicklung (WIl)' des Rtyckkopplungs-Übertragers (TrI) zugeführte Spannung an den Kollektor*· elektroden der beiden Transistoren (Tel, Ts2) abgegriffen wird.

6. Translstor-Weehaelrlohter nach «inen der Anspruch« 1-5, dadurch gekennzeichnet, dafl die Oröfle des Innenwiderstandes der SpannungsbegrensE.eranordnung einstellbar 1st.

7. Transistor-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Prlm&rkrels des Rüokkopplungsübertragers (TrI) ein Strombegrenzungswiderstand (R4) eingeschaltet ist.

8. Transistor-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Potentiometer (Pl) mit seinen Bndpunkten zwisohen die Spannungsbegrenseranordnung (Qrl-4, ZDl) und die Quelle der dem Rückkopplungsübertrager (TrI) zuzuführenden Spannung eingeschaltet und der Abgriff an dl· Reihenschaltung von Primärwicklung (WIl) des Rück-

kopplungaübertragers (TrI) und Hilfswicklung (W25) Ausgangsübertragers (Tr2) angeschlossen ist.

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Transistor-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzeranordnung aus einer OleichrichterbrUokenschaltung (OrI-4) mit im Diagonalzweig liegender Zener-Diode (ZDl) besteht·

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