DE2649315A1 - Elektrische schaltung zur versorgung einer last - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. W.Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main . Staufenstrasse 36

In Sachen:

Magnus Carl Wilhelm Lindmark

Vasavägen 9

S-182 74 Stocksund /Schweden

Elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last mit hochfrequentem Wechselstrom von einem Gleichspannungseingang, an welchen parallel zueinander zwei in Reihe liegende Kondensatoren und zwei in Reihe liegende Transistoren angeschlossen sind, zwischen deren Verbindungsstellen die Last geschaltet ist, wobei die Transistoren abwechselnd auf- und zusteuerbar sind.

Bekannte Schaltungen dieser Art sind für gewöhnlich in der Arbeitsfrequenz auf etwa 2o kHz wegen der Verluste in den Schalttransistoren und der Störung im Rundfunkwellenbereich beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine elektrische Schaltung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sie mit einer beträchtlich höheren Schaltfrequenz von etwa 2oo kHz betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Last mit einer Induktivität in Reihe geschaltet ist.

El FF ,46/2..1O.1976 709819/0730

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ein weiterer Kondensator zu der Reihenschaltung aus Last und Induktivität parallel liegen. Noch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein weiterer Kondensator parallel zur Last geschaltet ist.

Die Erfindung gestattet Schaltfrequenzen von.2oo kHz und darüber, was den Vorteil kleinerer und billiger Schaltungskomponenten hinaus auch eine wesentlich geringere Ansprechzeit für die Versorgungsschaltung mit sich bringt, d.h. eine kürzere Zeit für die Versorgungsschaltung, auf Änderungen in der Last oder im Gleichspannungseingang rückwirkend zu reagieren und diese zu kompensieren.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last,

Fig. 2 eine entsprechende Schaltung gemäß der Erfindung und

Fig. 3 drei Diagramme, in denen über der Zeit die Spannungskurve an der Last und die Steuerimpulse für die beiden Transistoren in der Schaltung nach Fig. 2 aufgetragen sind.

Bei der in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltung sind an die Eingangsklemmen + U und - ü parallel zueinander zwei Kondensatoren 1o, 11 und zwei Transistoren 12, 13 angeschlossen. Die Primärwicklung eines Transformators 14 liegt zwischen der Verbindungsstelle der Kondensatoren 1o_f 11 einerseits und der Verbindungsstelle 15 zwischen dem Emitter des Transistors 12 und dem Kollektor des Transistors 13

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andererseits. Die Transistoren werden für gewöhnlich mit einer Frequenz von etwa 2o kHz abwechselnd auf- und zugesteuert. Das Schalten der Transistoren ruft einen Wechselstrom durch die Primärwicklung des Transformators 14 hervor. Unter der Annahme, daß der Transistor 12 ausgeschaltet wird, nachdem er eine Zeitlang eingeschaltet war, versucht das Potential an der gemeinsamen Verbindungsstelle 15, das solange + U Volt betrug, auf Null aufgrund des Energieverbrauchs in einer Last 16 abzusinken, die an die Sekundärwicklung des Transformators 14 angeschaltet ist. Wenn der Transistor 13 nun eingeschaltet wird, wird sich das Potential der Verbindungsstelle 15 auf - U Volt ändern. Das Ausaangssignal der Versorgungsschaltung wird für gewöhnlich durch Betreiben der Transistoren mit Impulsen fester Breite, jedoch veränderlicher Wiederholungsrate gesteuert. Die Schaltung zur Steuerung des Ausgangssignals ist in der Figur nicht gezeigt; sie kann von jedem brauchbaren Kreis zum Abfühlen der Ausgangsspannung, vergleichen derselben mit einer Bezugsspannung und Zufuhr der Spannungsdifferenz zu einem Stromkreis bestehen, der die Wiederholungsrate der Transistoren steuert.

In Versorgungsschaltungen der in Fig. 1 gezeigten Art muß das Schalten der Transistoren dergestalt erfolgen, daß das Potential an der Verbindungsstelle 15 zwischen + U Volt und - ü Volt so schnell wie möglich wechselt, um den Leistungsverlust in den Transistoren zu begrenzen. Dies schnelle Umschalten des Potentials führt zu Spannungskurven mit steilen Rampen, die ihrerseits Hochfrequenzwellen im Rundfunkwellenbereich erzeugen.

Beide Forderungen, nämlich einerseits den Leistungsverlust der Schalttransistoren zu begrenzen und andererseits eine übermäßige Störung mit Rundfunkwellen zu vermeiden, begrenzt die Schaltfrequenz auf etwa 2o kHz, was hoch genug ist, um unhörbar zu sein, und niedrig genug, um den genannten Anforderunger, zu entsprechen.

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BL FF 146/28.1o.1976

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Versorgungskreises gemäß der Erfindung. Die Anordnung der Kondensatoren 1o, 11 und der Transistoren 12, 13 ist dieselbe wie in der Schaltung nach Fig. 1, nur ist der Transformator 14 durch eine andere Schaltung ersetzt, die aus einer Induktionsspule 17 in Reihe mit der Last 16 besteht. Die Last ist von einem weiteren Kondensator 18 überbrückt, und noch ein weiterer Kondensator liegt parallel zu den Schaltungskomponenten 16, 17, 18. Zu jedem Transistor 12, 13 ist zwischen Emitter und Kollektor eine entsprechende Diode 2o bzw. 21 parallelgeschaltet.

Die elektrische Schaltung nach Fig. 2 arbeitet wie folgt:

Wie bei der bekannten Schaltung wird jeweils nur ein Transistor aufgesteuert. Wenn angenommen wird, daß der Transistor 12 eingeschaltet war und nun ausgeschaltet wird, wird das Potential an der Verbindungsstelle 12 von + U Volt auf - U Volt aufgrund der Wirkung der Induktionsspule 17 abfallen, die allen Änderungen des Stroms entgegenzuwirken bestrebt ist und folglich ihre Polarität umkehrt, wenn der Transistor 12 ausgeschaltet wird. Dies bedeutet, daß das Potential an der Verbindungsstelle 15 auf - U Volt ohne Hilfe des Transistors 13, der noch ausgeschaltet ist, geändert wird. Dies gestattet eine solche Bemessung des Kondensators 19, daß dieser vergleichsweise flache Anstiegsflanken für das Potential an der Verbindungsstelle 15 liefert, was das Auftreten starker Oberwellen und demzufolge Störungen im Rundfunkwellenbereich vermindert. Der Kondensator 19 ist für gewöhnlich ein getrennter Kondensator; in bestimmten Fällen kann er jedoch vollständig von den Streukapazitäten der Schaltung gebildet sein.

Da die Last 16 in Reihe zur Induktionsspule 17 liegt, läßt sich parallel zur Last ein Kondensator 18 schalten, der als "Phasenkompensator" wirkt, d.h. die Induktionsspule 17 und der Kondensator 18 bilden einen Reihenresonanzkreis. Die

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Leistungszufuhr zur Last 16 kann durch Änderung der Wiederholungsrate der Kontrollimpulse gesteuert werden, die den Basen der Transistoren aufgegeben werden. Eine Änderung in Richtung auf die Resonanzfrequenz des Stromkreises 17, 18 bedeutet, daß der Last 16 mehr Energie zugeführt wird.

Die Dioden 2o, 21 sind Freilaufdioden für die Induktionsspule 17. Im obigen Beispielsfall muß der Transistor 13 offensichtlich eingeschaltet werden, bevor der größte Teil der Energie der Induktionsspule 17 durch den die Diode 21 enthaltenden Stromkreis aufgezehrt ist.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Potentials V an der Verbindungsstelle 15 in Fig. 2 ebenso wie die Steuerimpulse ^Vb1' ^Fb2 ^{der Transistoren 12}' ¹³· ^Die geringe Anstiegszeit für die Spannung ist durch t₁ veranschaulicht.

Aus Fig. 3 folgt ganz offensichtlich, daß die Steuerimpulse erst dann auftreten, wenn das Potential an der Verbindungsstelle 15 umgekehrt worden ist. Aufgrund des restlichen Kollektorstroms der Transistoren (hervorgerufen durch die Basisladung) ändert sich die Spannung erst einige Zeit nach dem Ausschalten des entsprechenden Steuerimpulses. Wenn die Frequenz der Steuerimpulse geändert wird, muß auch die Breite der Steuerimpulse geändert werden, und zwar aufgrund des Reststroms stärker proportional als die Frequenz.

IFF 146/16.*. 1977 709819/0730

Leerse ite

Claims (3)

. Patentansprüche

1.J Elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last mit hociifrequentem Wechselstrom von einem Gleichspannungseingang, an welchen parallel zueinander zwei in Reihe liegende Kondensatoren und zwei in Reihe liegende Transistoren angeschlossen sind, zwischen deren Verbindungsstellen die Last geschaltet ist, wobei die Transistoren abwechselnd^/auf- und zusteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (16) mit einer Induktivität (17) in Reihe geschaltet ist.

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t^:, daß ein weiterer Kondensator

(19) zu der Reihenschaltung aus Last (16) und Induktivität

(17) parallel liegt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß ein weiterer Kondensator

(18) parallel zur Last (16) geschaltet ist.

Pl FF 146/28.1o.1976 709819/0730