DE2649315C2 - Elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last mit hochfrequentem Wechselstrom von einem Gleichspannungseingang - Google Patents

Description

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, abwechselnd auf- und zusteuerbare Transistoren mit jeweils antiparalleler Diode angeschlossen sind, zwischen deren Verbindungsstellen die Last in Reihe mit einer Induktivität geschaltet ist, wobei parallel zur Last ein dritter Kondensator geschaltet ist.

Eine Schaltung mit einem derartigen Aufbau ist aus der DE-OS 17 63 941 (Fig. 1 mit Ersatz der Transistoren 105, 104 durch Kondensatoren 118, 119) bekannt. Dort bildet der parallel zur Last geschaltete dritte Kondensator einen Filterkondensator, mit dessen Hilfe der durch die Last fließende Strom gegenüber der Schaltfrequenz geglättet wird, unter welcher die Transistoren abwechselnd mit unterschiedlichem Einschaltverhältnis entsprechend der gewünschten Sinusform angesteuert werden.

Die bekannte Schaltung ist jedoch wegen der Vielzahl der für eine möglichst gute Anpassung an den gewünschten Sinusverlauf der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstroms erforderlichen wechselweisen Ein- und Ausschaltungen der Transistoren, die dort im Versuch bei 10 kHz im Mittel lag, nur für die Erzeugung von Wechselspannungen und -strömen mit verhältnismäßig niedriger Frequenz geeignet.

Um höhere Ausgangsfrequenzen zu erreichen, ist es auch bereits bekannt, bei im Aufbau ähnlichen Schaltungen die beiden Transistoren abwechselnd über gleiche Zeitspannen einzuschalten und die Schaltfrequenz unmittelbar als Ausgangsfrequenz zu verwenden, wobei die antiparallelen Dioden entfallen. Solche Schaltungen sind wegen der Verluste in den Schalttransistoren und der Störung im Rundfunkwellenbereich auf eine Arbeitsfrequenz von etwa 20 kHz beschränkt, die sich auch durch die bekannte Reihenschaltung einei sättigbaren Induktivität zur Last nach der US-PS 38 18 313 nicht wesentliche steigern läßt

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last mit hochfrequentem Wechselstrom von einem Glcichspani.ungseingang zu schaffen, die mit wesentlich höherer Ausgangsfrequenz arbeitet.

Ausgehend von einer Schaltung mit dem eingangs angegebenen Aufbau wird diese Aufgabe erfintungsgemäß dadurch gelöst, daß der dritte Kondensator mit der Induktivität einen Reihenschwingkreis bildet, bei welchem die Amplitude der arn dritten Kondensator liegenden Ausgangsspannung dadurch veränderbar ist, daß die Transistoren mit einer Impulswiederholungsfrequenz mehr oder weniger nahe der Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises ansteuerbar sind.

Die Erfindung gestattet Schaltfrequenzen von 200 kHz und darübt? hinaus, was zusätzlich zu dem Vorteil kleinerer und billigerer Schaltungskomponenten 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.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine herkömmliche elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last,

F i g. 2 eine entsprechende Schaltung gemäß der Erfindung und

F i g. 3 drei Diagramme, in denen der zeitliche Spannungsverlauf an der Last und die Steuerimpulse für die beiden Transistoren in der Schaltung nach F i g. 2 aufgetragen sind.

Bei der in F i g. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltung sind an die Eingangsklemmen + i/und — Uparallel zueinander zwei Kondensatoren 10, 11 und zwei Transistoren 12, 13 angeschlossen. Die Primärwicklung eines Transformators 14 liegt zwischen der Verbindungsstelle der Kondensatoren 10, 11 einerseits und der Verbindungsstelle 15 zwischen dem Emitter des Transistors 12 und dem Kollektor des Transistors 13 andererseits. Die Transistoren werden mit einer Frequenz von etwa 20 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 Verbindunsstelle 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 — LJ Volt ändern. Das Ausgangssignal der Versorgungsschaltung wird für gewöhnlich durch Betreiben der Transistoren mit Impulsen fester Breite, jedoch ver-

änderlicher Wiederholungsrate gesteuert. Die Schaltung zur Steuerung des Ausgangssignals ist in der Figur nicht gezeigt; sie kann von jedem brauchbaren Kreis zum Abfohlen der Ausgangsspannung, Vergleichen derselben mit einer Bezugsspannung und Zuführen der Spannungsdifferenz zu einem Stromkreis bestehen, der die Wiederholungsrate der Transistoren steuert.

In Versorgungsschaltungen der in F i g. 1 gezeigten Art muß das Schalten der Transistoren dergestalt erfolgen, daß das Potential an der Verbindungsstelle 15 zwisehen + U Volt und — U 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 Schalt transistoren zu begrenzen und andererseits eine übermäßige Störung mit Rundfunkwellen zu vermeiden, begrenzt die Schaltfrequenz auf etwa 20 kHz, was hoch genug ist, um unhörbar zu sein, und niedrig genug, um den genannten Anforderungen zu entsprechen.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform eines Versorgungskreises gemäß der Erfindung. Die Anordnung der Kondensatoren 10, 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 19 liegt parallel zu den Schaltungskomponenten 16,17,18 Zu jedem Transistor 12, 13 ist zwischen Emitter und Kollektor eine entsprechende Diode 20 bzw. 21 antiparallel geschaltet

Die elektrische Schaltung nach F i g. 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 15 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 selbständiger Kondensator; in manchen 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 Induktionspule 17 und der Kondensator 18 bilden einen Reihenresonanzkreis. Die Leistungszufuhr zur Last 16 kann durch Änderung der Wiederholungsrate der Steuerimpulse 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 20, 2t sind Freilaufdioden für die Induktionsspule 17. Im obigen Beispielsfall muß der Transistor 13 offensichtlich eingeschaltet werden, bevor der größte Teil der Energie der Induktionsspule 57 durch den die Diode 21 enthaltenden Stromkreis aufgezehrt ist.

F i g. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Potentials Van der Verbindungsstelle 15 in F i g. 2 ebenso wie die Steuerimpulse Vf,i, Vb2 der Transistoren 12,13. Die geringe Anstiegszeit für die Spannung ist durch fi veranschaulicht

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, treten die Steuerimpulse erst dann auf, 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltung zur Versorgung einer Last (16) mit hochfrequentem Wechselstrom von einem Gleichspannungseingang, an welchem parallel zueinander zwei in Reihe liegende Kondensatoren und zwei in Reihe liegende, abwechselnd auf- und zusteuerbare Transistoren mit jeweils antiparalleler Diode angeschlossen sind, zwischen deren Verbindungsstellen die Last in Reihe mit einer Induktivität geschaltet ist, wobei parallel zur Last ein dritter Kondensator (18) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kondensator (18) mit der Induktivität (17) einen Reihenschwingkreis bildet, bei welchem die Amplitude der am dritten Kondensator (18) liegenden Ausgangsspannung dadurch veränderbar ist, daß die Transistoren (12, 13) mit einer Impulswiederholungsfrequenz mehr oder weniger naiic der Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkrciscs anstcuerbar sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Kondensator (19) zu der Reihenschaltung aus der Last (16) und Induktivität (17) parallel liegt.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Kondensator von den Streukapazitäten der Schaltung gebildet ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Steuerimpulse für c'ie Transistoren (12, 13) im Verhältnis zur Impulswiederholungsfrequenz dergestalt veränderbar ist, daß der von der Basisladung des Transistors (12,13) verursachte Reststrom durch den Emitter-KoIlektor-Pfad kompensiert wird.