DE3247596A1

DE3247596A1 - Wechselrichterschaltung mit symmetriesteuerung

Info

Publication number: DE3247596A1
Application number: DE19823247596
Authority: DE
Inventors: Thomas Edwin Anderson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1983-07-07
Also published as: BR8207588A; GB2113026A; JPS58130779A; FR2519207A1; CA1189140A; NL8204685A; US4429359A

Description

Wechselrichterschaltung mit Symmetriesteuerung

Die Erfindung bezieht sich auf Wechselrichterschaltungen unter Verwendung von Schaltern, wie beispielsweise Transistoren, zum Erzeugen einer Wechselstrom-Ausgangsleistung aus einer Gleichstrom-Eingangsleistung.

Wechselrichterschaltungen werden im allgemeinen in drei bekannte Schaltungsarten klassifiziert: Vollbrücke, Halbbrücke und Gegentakt; sie verwenden eine oder mehrere Schaltvorrichtungen, wie beispielsweise Transistoren, die so geschaltet sind, daß sie abwechselnd und wiederholt elektrische Energie in Wechselstromform einer Last zuführen, wie beispielsweise einem Motor, einer Induktionsheizvorrichtung oder einer oder mehreren elektrischen Lampen. Die Wechselrichterschaltung soll der Last eine Wechselstromkurve zuführen, die symmetrisch ist, d.h. die um gleiche + oder - Spannungs- und Stromwerte von ihrem Null- oder Mittelreferenzwert abweicht und die etwa gleiche Zeitperioden von + und - Spannungswerten während ihrer wiederholten Perioden aufweist. Wenn die Wechselstromkurve der Last nicht symmetrisch zugeführt werden würde, selbst für eine kurze Zeit, dann könnte die Last elektrisch oder magnetisch gesättigt werden (insbesondere wenn die Last induktiv ist oder wenn sie einen Transformator enthält), was zu einer Störung oder Zerstörung in der Wechselrichterschaltung führen kann, wie beispielsweise einem Kurzschluß der Transistoren oder einem Kurzschluß oder Verbrennen der Transformatorwicklungen. Eine derartige Unsymmetrie der Wechselrichterkurve kann durch ein vorzeitiges Umschalten eines Wechselrichtertransistorsauf grund von äußeren oder transienten Spannungsimpulsen in der Schaltungsanordnung hervorgerufen werden, wie sie beispielsweise durch transiente Änderungen der Netzspannung oder durch Strahlung von in der Nähe befindlichen elektrischen Geräten oder Einrichtungen hervorgerufen werden können.

ORIGINAL INSPECTED

In der DE-OS 31 33 924 ist eine Wechselrichterschaltung in Halbbrückenschaltung angegeben; die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf einen verbesserten Steueroszillator mit einer Symmetriesteuerung für eine derartige Wechselrichterschaltung beschrieben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wechselrichterschaltung und eine Wechselrichterschaltung mit Steuermitteln zu schaffen, um eine symmetrische Ausgangskurve sicherzustellen.

Die Erfindung schafft gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Wechselrichterschaltung mit Transistorschaltern, die zum abwechselnden und wiederholten Zuführen elektrischer Wechselstromenergie zu einer Last, wie beispielsweise einer Leuchtstofflampe, geschaltet sind. Eine Oszillator-Steuerschaltung liefert Steuerimpulse an die Transistorschalter, um deren Umschaltung so zu steuern, daß eine symmetrische Kurve an der Last sichergestellt ist. Die Gleichstromleistung für die Oszillator-Steuerschaltung wird durch Gleichrichtung der Wechselstrom-Lastenergie erhalten,und die Oszillatorfrequenz ist durch eine Steuerspannung einstellbar.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild von einer Wechselrichterschaltung gemäß der vorstehend genannten DE-OS 31 33 924.

Fig. 2 ist eine zeitliche Darstellung von gewissen Signalen, der Spannung und des Stroms in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, wobei die gestrichelten Linien Fehlfunktionen zeigen, die aufgrund einer unerwünschten, nicht-symmetrischen Funktion der Schaltungsanordnung auftreten können..

Fig. 3 ist ein elektrisches Schaltbild von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 4 ist eine zeitliche Darstellung von gewissen Signalen, der Spannung und dem Strom in der Wechselrichterschaltung gemäß Fig. 3, die im allgemeinen ähnlich den Kurven von Fig. 2 angeordnet sind, um den Vergleich der Funktion der erfindungsgemäßen Schaltung (Fig. 3) mit der bekannten Schaltung (Fig. 1) zu erleichtern.

Fig. 5 ist eine zeitliche Darstellung von gewissen Signalen, Spannungen und Strömen in einem Steueroszillatorabschnitt der Wechselrichterschaltung gemäß Fig. 3.

Es werden zunächst die Fig. 1 und 2 und die dabei auftretende mögliche Fehlfunktion aufgrund eines nicht-symmetrischen Betriebs beschrieben, woran sich die Beschreibung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anschließt und wie sie die Fehlfunktion verhindert.

In Fig. 1 sind zwei Transistoren Ql und Q2 zwischen zwei Anschlußklemmen 3 1 und 12 einer Gleichstromquelle geschaltet, die ein Vollweg-Brückengleichrichter sein kann, der eine Gleichspannung von etwa 200 V aus einer Eingangswechselspannung von 120 V liefert. Wie.in Figur 1 dargestellt ist, hat die Anschlußklemme 11 eine positive Polarität und die Anschlußklemme 12 eine negative Polarität. Der Emitter 13 des Transistors Ql und der Kollektor 14 des Transistors Q2 sind miteinander verbunden zur Bildung eines Knotenpunktes 16j der Kollektor 17 des Transistors Q1 ist mit der positiven Anschlußklemme 11 verbunden, und der Emitter 18 des Transistors Q2 ist mit der negativen Anschlußklemme 12 verbunden. Eine Last 21, die induktiv ist oder eine induktive Komponente aufweist, wie beispielsweise eine Gastentladungslarape, ein Motor, eine induktive Heizeinheit usw., ist zwischen den Knotenpunkt 16 und die Spannungsquelle geschaltet, wobei diese Verbindung

ORIGINAL INSPECTED

durch zwei Kondensatoren 22, 23 hergestellt ist, die zwischen den Anschlußklemmen 11 und 12 in Reihe geschaltet sind und die Last 21 mit dem Knotenpunkt 24 der Kondensatoren 22 und 23 verbunden ist. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 22, 23 sind vorzugsweise gleich und genügend groß, um eine kleine Impedanz bei der Betriebsfrequenz der Schaltungsanordnung (beispielsweise 1 kHzoder höher) zu bilden. Somit ist die Last 21 der Wirkung nach zwischen den Transistorknotenpunkt 16 und eine Mittelanzapfung der Spannungsquelle geschaltet. Die Last 21 kann einen Kopplungstransformator enthalten, wobei dessen Primärwicklung zwischen Schaltungspunkte 16, 24 geschaltet ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Eine Diode 26 ist zwischen die Basis 27 und den Emitter 13 des Transistors Q1 geschaltet, damit ein positiver Strom zur Basis 27 fließen kann. Eine andere Diode 28 ist zwischen die Basis 29 und den Emitter 18 des Transistors Q2 geschaltet, damit ein negativer Strom von der Basis 29 fließen kann. Eine Quelle 31 für Abschalt- bzw. Sperrimpulse ist mit den Anschlüssen 32 xmd 33 verbunden, die auf entsprechende Weise mit den Basiselektroden 27 und 28 verbunden sind, und legt negative Sperrimpulse alternativ und wiederholt an diese Elektroden mit einer Folgefrequenz von etwa 1 kHzoder mehr und vorzugsweise etwa 20 k&z·. Eine Quelle 34 für positive Einschaltimpulse ist mit einer dieser Basiselektroden 29 verbunden. Die Sperrimpulsquelle 31 kann eine Multivibrator-"Flipflip"-Schaltung sein oder es können einzelne Impulsquellen richtig synchronisiert sein, und die Einschaltimpulsquelle 34 kann ein Univibrator bzw. ein monostabiler Multivibrator sein.

In Fig. 2 sind gewisse Signale, eine Spannung und ein Strom in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 in vertikal ausgerichteter Zeitfolge gezeigt. Ein einzelner positiver Einschaltimpulse 36 wird von der Quelle 3 4 geliefert und an die Basis 29 des Transistors Q2 angelegt, um den Betrieb der Schaltungsanordnung einzuleiten. Wiederholte negative Ab-

schalt- bzw. Sperrimpulse 37 und 38 werden durch die Quelle 31 geliefert und auf entsprechende Weise an die Basiselektroden 27 und 29 der Transistoren Q1 und Q2 angelegt. Diese Folge von Abschaltimpulsen 37, 38 sind 180° elektrisch in Bezug zueinander versetzt. Die Kurven 39 bzw. 40 zeigen die Spannung und den Strom an der Last 21, wobei die Spannung 39 rechteckförmig ist aufgrund des abwechselnden Umschaltens der Transistoren Q1 und Q2. Der Strom 40 hat eine typische Kurvenform für eine Last mit einer induktiven Komponente. Die Kurven 41 bzw. 42 zeigen den induktiven Rücklaufstrom und die daraus resultierende gespeicherte Ladung an der Basis des Transistors Q1. In ähnlicher Weise zeigen die Kurven 43 bzw. 44 den induktiven Lastrücklaufstrom und die daraus resultierende gespeicherte Ladung an dfer Basis des Transistors Q2.

Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt. Der Einschaltimpuls 36 macht den Transistor Q2 voll leitend, wodurch der Strom 40 durch die Lastvorrichtung 21 über die Kondensatoren 22 und 23 gezogen wird. Bei Beendigung des Einschaltimpulses 36 und beim Auftreten des nächsten Sperrimpulses 38, der an die Basis 29 des Transistors Q2 angelegt wird, wird der Transistor nicht-leitend gemacht und der Strom hört auf, in die Last 21 zu fließen; die in der induktiven Komponente der Last gespeicherte Energie erzeugt jedoch eine "Rücklauf-"Spannung und einen Strom 41 mit positiver Polarität, der durch die Diode 26 zur Basis 27 des Transistors Q1 fließt. Dies macht den Transistor Q1 voll leitend. Während dieser Zeit arbeitet der Transistor Q1 als ein umgekehrter Transistor, bei dem der Basis-Kollektor-Übergang der Emitter und der Basis-Emitter-Übergang der Kollektor wird. Während dieser Zeit wird eine Ladung 42 in dem Transistor Q1 gespeichert. Wenn die induktive Energie verbraucht ist, hält die gespeicherte Ladung den Transistor Q1 leitend, wodurch ein Strom 40' durch die Last 21 über den Kondensator 23 und in entgegengesetzter Richtung zu dem Stromfluß fließt, wenn der Transistor Q2 leitet. Die gespeicherte Ladung fließt teilweise ab, wie es durch die Kurve 42 gezeigt ist; jedoch ist die Frequenz der Abschalt-

impulse genügend hoch gewählt (beispielsweise 20 kH*), so daß der nächste Abschaltimpuls 37 an die Basis 27 angelegt wird, während die gespeicherte Ladung wirksam ist, um die Leitfähigkeit des Transistors aufrechtzuerhalten. Dieser Abschaltimpuls 37 leitet die gespeicherte Ladung ab und macht den Transistor Q1 nicht-leitend und beendet den Laststrom, woraufhin die gespeicherte Energie in der induktiven Komponente der Last 21 eine Rücklaufspannung und einen Strom 43 (mit negativer Polarität am Knotenpunkt 16) erzeugt, der durch den Kollektor-Basis-Übergang des Transistors Q2 und die Diode 28 geleitet wird und der einem positiven Impuls 43 äquivalent ist, der an die Basis 29 angelegt ist, wie es in der Zeichnung gezeigt ist^und der den Transistor Q2 wieder leitend macht, welcher in einem umgekehrten Betrieb arbeitet, und der eine gespeicherte Ladung 44 in dem Transistor hervorruft, die den Transistor in einem voll-leitenden Zustand hält, bis der nächste Abschaltimpuls 38 auftritt. Der Vorgang wiederholt sich und bewirkt einen in der Last 21 fließenden Wechselstrom 40.

Viele oder die meisten elektronischen Schaltungsanordnungen, einschließlich der in Fig. 1 gezeigten Art, haben unnötige oder unerwünschte Streu- oder transiente Spannungsimpulse, die darin zu vielen Zeiten auftreten und die eine fehlerhafte Funktion oder eine Fehlfunktion der Schaltungsanordnung bewirken können. Diese Spannungsimpulse können durch transiente oder flüchtige Vorgänge in der Netzspannung hervorgerufen werden, wie sie beispielsweise auftreten, wenn Motoren oder andere Vorrichtungen an dem Netzwerk ein- und ausschalten, und durch Strahlung von in der Nähe befindlichen Geräten und Einrichtungen. In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 können diese unerwünschten Spannungsimpulse beispielsweise in der Steuerspannungsguelle 31, an den Elektroden der Transistoren Ql und Q2 und in den anderen Teilen der Schaltungsanordnung, wie beispielsweise der Last 21, aufgrund beispielsweise einer plötzlichen Änderung in der Lastimpedanz auftreten, wie sie beispielsweise durch Flackern von Leuchtstofflampen in der Lampe hervorgerufen werden kann, wodurch transiente Spannungs-

änderungen erzeugt werden, die in die Schaltungsanordnung zurückgeführt werden. Beispielsweise ist in Fig. 2 ein unerwünschter, transienter Spannungsimpuls 37' unter den Steuerspannungsimpulsen 37 gezeigt, der den Transistor Q1 vorzeitig nicht-leitend macht, was einen Rücklaufimpuls 43' zur Folge hat, der den Transistor Q2 leitend macht und darin eine gespeicherte Ladung 44 hervorruft und gleichzeitig die gespeicherte Ladung im Transistor Q1 ableitet, wie es bei 42' in Fig. 2 angedeutet ist.Dieser Vorgang schaltet und kehrt die Lastspannung 39 vorzeitig um, wie es bei 39' angegeben ist,-und die Lastspannung bleibt bei dieser Halbperiodenpolarität für eine unangemessen lange Zeitperiode, wie es durch die Klammer 3 9a angegeben ist, bis der nächste Abschaltimpuls 38 auftritt. Während dieser unangemessen langen Lastspannungs-Halbperiode 39a steigt der Laststrom 40 weiterhin an, wie es bei 40a angegeben ist, auf einen Wert, der wesentlich größer als normal ist, und der abnormale Strom setzt sich aufgrund der daraus resultierenden Unsymmetrie der Stromkurve für mehrere nachfolgende Perioden, wie es bei 40a" angegeben ist, fort, bis die Stromkurve abfällt und zu ihrem wahren, vorgesehenen Nullwert symmetrisch wird. Dieser abnormal große Laststrom, der über mehrere Betriebszyklen auftritt, kann die Last und/oder die Schalttransistoren Ql und Q2 und andere Schaltungskomponenten beschädigen oder deren Zerstörung bewirken. Ein derartiger Schaltungsfehler tritt mit sogar noch größerer Wahrscheinlichkeit auf, wenn der abnormal große Laststrom eine magnetische Sättigung der Last bewirkt und somit die Lastimpedanz verkleinert, was eine weitere Vergrößerung des Laststroms bewirkt.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wie es in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Wechselrichter-Schalttransistoren Ql und Q2 und die zugehörige Schaltung die gleiche wie in Fig. 1, wobei die Last 21 eine Primärwicklung 21' von einem Lastkopplungstransformator aufweist, der zwischen die Schaltungspunkte 16 und 24 geschaltet ist. Die Quelle 31 für Abschaltimpulse gemäß Fig. 1 ist durch das gestrichelte Kästchen 31' in Fig. 3 dargestellt, das ein elektrisches schemati-

sches Schaltbild von einer Wechselrichter-Steuerschaltung gemäß der Erfindung umschließt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Wechselrichter-Steuerschaltung 31' ein Paar Schwingschalt-Steuertransistoren Q3 und Q4 auf, von denen die Kollektorelektroden 51 und 52 auf entsprechende Weise über Widerstände 53 und 54 mit einer Klemme 56 mit positiver Betriebsspannung verbunden sind und von denen die Emitterelektroden 57 und 58 miteinander und mit einer Klemme 59 einer variablen Steuerspannungsquelle 61 verbunden sind. Die andere Klemme 62 der Steuerspannungsquelle 61 ist mit elektrischer Erde bzw. Masse verbunden. Ein Widerstand 63 ist den Klemmen 59, 62 parallel geschaltet und kann eine interne Ausgangsimpedanz der Spannungsquelle 61 bilden. Die Klemme 59 der Gleichspannungsquelle 61 hat eine positive Polarität, wenn die Transistoren Q3, Q4 NPN-Transistoren sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Ein Paar " Klemmtransistoren Q5, Q6 sind mit ihren Emitterelektroden 66, 67 mit elektrischer Erde bzw. Masse verbunden und ihre Kollektoren 68, 69 sind auf entsprechende Weise mit Basiselektroden 71, 72 der Transistoren Q3, Q4 verbunden. Ein Zeitsteuerungs- und Korrektursteuerungskondensator 73 ist zwischen die Basiselektroden 71, 72 der Transistoren Q3, Q4 geschaltet.

Eine mit einer Mittelanzapfung versehene Steuerwicklung 76 ist elektromagnetisch mit der Transformator-Ausgangswicklung 21' gekoppelt, und ihre Mittelanzapfung 77 ist elektrisch geerdet bzw. an Masse gelegt. Ein Ende X der Wicklung 7 6 ist über einen Widerstand 78 mit der Basis 71 des Steuertransistors Q3 und weiterhin über einen Widerstand 79 mit der Basis 81 des Anklammerungstransistors Q6 verbunden. Das andere Ende Y der Wicklung 76 ist über einen Widerstand 82 mit der Basis 72 des Steuertransistors Q4 und weiterhin über einen Widerstand 63 mit der Basis 84 des Anklammerungstransistors Q5 verbunden.

Die Abschalt- bzw. Sperrimpulse 37 werden am Kollektor 52 des Transistors Q4, der mit dem Anschluß 32 verbunden ist^ erzeugt und die Abschalt- bzw. Sperrimpulse 38 werden am Kollektor 51 des Transistors Q3 erzeugt, der mit dem Anschluß 33 verbunden ist, wobei diese Impulse über einen Transformator oder andere geeignete Mittel zugeführt bzw. gekoppelt werden.

Um eine elektrische Gleichstromleistung für die Steuerschaltung 31' zu liefern, sind zwei Gleichrichter 86, 87 auf entsprechende Weise zwischen die Enden X, Y der Wicklung 76 und die Betriebsspannungskleiume 56 geschaltet, wobei deren Kathoden mit dem Anschluß 56 so verbunden ist, daß Strom von der Wicklung 76 gleichgerichtet und eine positive Spannung und Strom an den Anschluß 56 angelegt wird. Die negative Betriebsspannung für die Schaltungsanordnung 31' wird am Schaltungspunkt 56' erhalten, der mit elektrischer Erde bzw. Masse und somit mit der Mittelanzapfung der Wicklung 7 6 verbunden ist. Ein weiteres Paar von Gleichrichtern 88, 89 ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, auf entsprechende Weise zwischen die Enden X, Y der Wicklung 76 und eine Spannungsklemme 91 geschaltet, deren Anoden mit dem Anschluß 91 in einer Weise verbunden ist, daß Strom von der Wicklung 76 gleichgerichtet und negative Spannung an die Klemme 91 angelegt wird, wobei diese Spannung zum Betreiben oder Vorspannen anderer Schaltungen verwendet werden kann, falls dies erwünscht ist. Alternativ können die Gleichrichter 88, 89 so geschaltet sein, daß sie positive Polarität am Anschluß 91 liefern. Die Gleichrichterdioden 86, 87 liefern eine Gleichstrom-Betriebssteuers spannung, beispielsweise 5 V, an den Anschlüssen 56, 56' aus der Wechselstromenergie der Wicklung 76, die ihrerseits die Energie von der Ausgangswicklung 21 und schließlich von den Netzeingangskleramen 11, 12 erhält. Somit braucht keine getrennte Gleichstromquelle für die Steuerschaltung 31' vorgesehen zu sein. Die relativ kleine Leistung, die zum Betreiben der Schaltungsanordnung 31' erforderlich ist, hat keine nachteilige Wirkung auf die Funktion der Wechselrichterschaltung und der Last 21.

ORIGINAL INSPECTED

Die allgemeine Funktion des Wechselrichters und der Steuerschaltung gemäß Fig. 3 wird zunächst in Verbindung mit Fig. beschrieben und dann wird die spezielle Funktion der Steuerschaltung 31' in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben· In Fig. ist der unerwünschte Abschaltspannungsimpuls 37' in gleicher Weise angeordnet, wie in Fig. 2; der Startimpuls 36 und die Abschnitte der Abschaltimpulse 37, 38, die Lastspannung und der Strom 39, 40 und die Rücklauf- und die eingespeicherte Ladung darstellenden Kurven 41, 42, 43, 44, die links von dem unerwünschten Impuls 37' angeordnet sind, sind die gleichen wie in Fig. 2. Wenn der unerwünschte Impuls 37' auftritt, sperrt er den Transistor Ql, wodurch der Rücklaufimpuls 43' auftritt, der den Transistor Q2 leitend macht und darin eine gespeicherte Ladung 44 hervorruft und zur gleichen Zeit die im Transistor Ql gespeicherte Ladung abfließen läßt, wie es bei 42' gezeigt ist. Dieser Vorgang schaltet und kehrt die Lastspannung 39 vorzeitig um, wie es bei 39' gezeigt ist, und der Laststrom 40 kehrt sich um, wie es bei 40a angedeutet ist. All dies ist bereits vorstehend in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben. Gemäß der Erfindung und im Gegensatz zur Funktion von Fig. 1, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, bewirkt jedoch die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 keine Fehlfunktion und bewirkt keinen zerstörenden asymmetrischen Laststrom. Stattdessen funktioniert die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 so, daß der nächste Abschaltimpuls 38' für den Transistor Q2 relativ früh erzeugt wird, wodurch ein Rücklaufimpuls 41' zum Durchschalten des Transistors Ql herbeigeführt wird, um so die Lastspannung 40 zu einem Zeitpunkt, wie er durch die Bezugszahl 39'' angegeben ist, umzukehren, um die Lastspannung 39 symmetrisch zu halten. Dadurch überschreitet die Laststromumkehr 40a nicht ihre normale Stromspitze, bevor sie bei 40a¹ wieder umkehrt aufgrund der Lastspannungsumkehr 39"'. Anschliessend arbeitet die Schaltungsanordnung in ihrer zyklischen Weise weiter.

Beim Starten der Wechselrichterschaltung gemäß Fig. 3 durch den Startimpuls 36 arbeitet die Schaltungsanordnung im allgemeinen so, wie es vnter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben ist.

Die einen Abschaltimpuls erzeugende Steuerschaltung 31' arbeitet wie folgt, wobei auf Fig. 5 Bezug genommen wird. Die Kurve 101 ist die Spannung über der Hälfte der Steuerwicklung 76 zwischen ihrem Ende X und ihrer geerdeten bzw. an Masse gelegten Mittelanzapfung 77, und die Kurve 102 ist die Spannung über der Hälfte der Steuerwicklung 76 zwischen ihrem Ende Y und ihrer geerdeten bzw. an Masse gelegten Mittelanzapfung 77, wobei diese Spannungen 180 phasenverschoben sind zueinander. Zunächst sind die Transistoren Q3, Q4, Q5 und Q6 der Steuerschaltung 31' nichtleitend. Der Startimpuls 3 6 macht den Transistor Q2 leitend und es fließt ein Laststrom in der Transformatorwicklung 21', wobei eine Spannung in der Steuerwicklung 7 6 induziert wird, die eine positive Polarität 101a am Ende X und eine negative Polarität 102a am Ende Y hat. Die positive Spannung am Ende X wird über einen Widerstand 79 an die Basis 81 des Anklammerungstransistors Q6 angelegt, wodurch dieser durchgeschaltet wird und das Ende 73b des Kondensators 73 an Erde bzw. an Masse geklemmt wird. Ferner wird die positive Spannung über den Widerstand 78 an das Ende 73a des Kondensators 73 angelegt, wodurch die Ladung des Kondensators 73 beginnt, was durch die Bezugszahl 103a in der Kondensatorkurve 103 angedeutet ist. Wenn der Kondensator 73 somit auf eine Spannung aufgeladen ist, die etwa gleich der Spannung Vc der SteuerSpannungsquelle 61 ist (welches die Vorspannung für die Emitter 66 und 67 der Transistoren Q3, Q-4 ist)_y spannt er die Basis 71 des Transistors Q3 so vor, daß der Kondensator Q3 leitend ist und sein Kollektor 51 auf die Steuerspannung Vc geklemmt ist, wodurch ein negativer Abschaltimpuls 3 8 am Kollektor 51 erzeugt ist, der an die Klemme 33 angelegt ist und den Transistor Q2 sperrt. Dies bewirkt eine Durchschaltung des Transistors QI aufgrund der Pücklauf-induzierten Spannung in der Last 21, wie es vorstehend beschrieben wurde, was eine Umkehr des Stroms in der Lastwicklung 21' und auch in der Steuerwicklung 7 6 zur Folge hat, wie es in Fig. 5 bei 101b und 102b angegeben ist. Mit dieser Umkehr ist das Ende Y der Steuerwicklung positiv und legt eine positive Spannung über den Widerstand 83 an die Basis 84 des Anklamme-

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rungstransistors Q5 an, wodurch dieser durchgeschaltet und das linke Ende 73a des Kondensators 73 an Erde bzw. Masse geklemmt wird. Da der Kondensator 73 eine Spannungsladung Vc aus seiner vorhergehenden Ladung 103a hat (mit positiver Polarität am Ende 73a), hat er nun eine negative Spannung Vc, wie es in Fig. 5 am Punkt 104a angegeben ist. Die positive Spannung am 'Ende Y der Wicklung 76 lädt dann das rechte Ende 73b des Kondensators 73 in Richtung einer positiven Polarität über einen Widerstand 82, wie es in Fig. 5 durch die Bezugszahl 104 angegeben ist, und wenn seine Spannung etwa die positive Vc erreicht, schaltet sie den Transistor Q4 durch und klemmt seinen Kollektor 52 auf die Steuerspannung Vc, wodurch ein negativer Abschaltimpuls 37 am Kollektor 52 erzeugt wird, der an die Klemme 32 angelegt wird und den Transistor Q] sperrt. Dies bewirkt, daß der Transistor Q2 wieder durchgeschaltet wird und der Prozeß wiederholt sich zyklisch während des normalen Betriebs. Die Spannungswerte der Abschaltimpulse 37 und 38 sind etwa die Betriebsgleichspannung an der Klemme 56 (beispielsweise 5 V) minus dem Wert Vc der Steuergleichspannung aus der Quelle 61. Durch Einstellen des Wertes der Steuerspannung Vc kann die Arbeitsfrequenz der Schaltungsanordnung gesteuert werden. Je größer beispielsweise der Wert von der Spannung Vc ist, desto länger braucht der Kondensator 73, um sich auf diesen Wert aufzuladen und eine Umschaltung zu bewirken. Demzufolge ist die Schaltfrequenz kleiner gemacht. Somit kann die Arbeitsfrequenz auf einen gewünschten Wert innerhalb eines gewünschten Bereiches, beispielsweise einem Bereich von etwa 20 bis 50 Ms₇ eingestellt werden. Normalerweise wird die Frequenz für eine maximale Leistungsfähigkeit des Systems eingestellt und weiterhin kann gemäß der Erfindung die Arbeitsfrequenz in einfacher Weise geändert werden, falls gewünscht, um eine maximale Leistungsfähigkeit beizubehalten, falls eine Laständerung auftritt, wenn beispielsweise eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Anzahl von Leuchtstofflampen in der Last vorhanden ist.

Die Steuerschaltung 31' stellt die symmetrische Lastspannungskurve 39, die vorstehend in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde, wie folgt sicher. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sei angenommen, daß die Betriebskurve 101 der Steuerwicklung 76 am Ende X der Wicklung eine negative Polarität hat, wie es durch die Bezugszahl 101c angegeben ist, und daß die Kurve 102 am Ende Y der Wicklung eine positive Polarität hat, wie es durch die Bezugszahl 102c angegeben ist. Nun sei ein unbeabsichtigtes vorzeitiges Umschalten der Schaltungsanordnung angenommen, was durch einen transienten Streuspannungsimpuls bewirkt werden kann, wie es vorstehend beschrieben wurde. Dies hat eine Umkehr des Laststroms und der Steuerwicklungs-Spannungskurven 101 und 102 zur Folge, wie es durch die Bezugszahlen 1OId und 102d angedeutet ist. Das Ende 73b des Steuerkondensators 73, der routinemäßig in positiver Richtung aufgeladen war, wie es durch die Bezugszahl 104c angegeben ist, wird an Erde bzw. Masse geklemmt durch den Klemmtransistor Q6, der durch die positive Ladung 101d der Steuerwicklung durchgeschaltet wird. An diesem Punkt ist der Kondensator 73 auf einen Wert aufgeladen worden, der durch die Bezugszahl 104d angegeben ist und der der Ladungsstartspannungswert 103d wird, wenn der Kondensator sich in umgekehrter Richtung über den Widerstand 78 aufzuladen beginnt. Zu welcher Zeit auch immer die Schaltungsanordnung unbeabsichtigt umschalten oder "selbstschalten" sollte, die daraus resultierende umgekehrte Aufladung des Kondensators 73 wird in ähnlicher Weise beginnen an dem Spannungswert, den der Kondensator hatte, als die Umschaltung auftrat, wodurch der Kondensator sich schneller auf seinen nächsten Umschaltwert Vc aufladen wird und in der gleichen Zeitlänge, die durch die Bezugszahl iO3e in dem beschriebenen Beispiel angegeben ist, wie die Zeitperiode seines vorhergehenden verkürzten Ladungsintervalls 104c. Dies führt zu einer zeitlichen Symmetrie der Lastspannung 39 (siehe Fig. 4) und wie es durch die Bezugszahlen 39' und 39'' genau angegeben ist, wodurch der Laststrom 40 umkehren muß, wie es bei 40a' angegeben ist, bevor er seinen normalen Maximalwert überschreiten kann, wie es in Fig. 2 bei 40a der Fall war.

ORIGINAL INSPECTED

Erfindungsgemäß wird ein symmetrischer Betrieb einer Wechselrichterschaltung sichergestellt und verhindert, daß Schaltungskomponenten fehlerhaft werden, was anderenfalls aufgrund einer unbeabsichtigten, vorzeitigen Umschaltung der Schaltungsanordnung passieren könnte. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann für verschiedene Typen von Wechselrichter-Schaltungen verwendet werden, seien es nun gleiche oder andere als die in den Fig. 1 und 3 gezeigten.

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Claims

Patentansprüche

1.] Wechselrichterschaltung mit Schaltmitteln zum Anlegen einer Wechselspannung an eine Last, wobei die Wechselrichterschaltung der Gefahr einer unbeabsichtigten Umschaltung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (31') die Schaltmittel (Q1, Q2) derart steuert, daß die Lastwechselspannungskurve beim Auftreten des unbeabsichtigten, vorzeitigen ümschaltens symmetrisch gehalten wird.

2. Wechselrichterschaltung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (31 *) einen Kondensator (73), eine Spannungsquelle (56) zum Laden des Kondensators und Ladungsmittel, die den Kondensator teilweise laden aus der Spannungs-

quelle während jeder Halbwelle der Lastwechselspannung, ferner Mittel zum umschalten der Schaltmittel (Q1, Q2) und zum Umkehren der Polarität der Lastspannung jedesmal dann, wenn die Ladung auf dem Kondensator einen gegebenen Spannungswert erreicht, Mittel zum Umkehren der Richtung der Aufladung des Kondensators bei jedem Umschalten der Schaltmittel (Ql, Q2) und Mittel umfaßt, die jeden Ladezyklus des Kondensators mit der darauf befindlichen Ladung beginnen lassen, die vom Ende seines unmittelbar vorhergehenden Ladezyklus zurückbehalten ist.

Wechselrichterschaitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (3]') ferner erste und zweite Steuertransistoren (Q3, QA), Impedanzmittel, die die Kollektorelektroden (51, 52) der Steuertransistoren (Q3, Q4) auf entsprechende Weise mit einem ersten Anschluß (56) der Spannungsquelle verbinden, Mittel zum Verbinden der Emitterelektroden (57, 58) der Steuertransistoren (Q3, Q4) , mit einem Schaltungspunkt (59) gegebener Spannung, wobei der Kondensator (73) zwischen die Basiselektroden (71, 72) der Steuertransistoren (Q3, Q4) geschaltet ist, ferner erste und zweite Anklammerungstransistoren (Q5, Q6), deren Kollektorelektroden (68, 69) auf entsprechende Weise mit den Basiselektroden (71, 72) der ersten und zweiten Steuertransistoren (Q

3, Q4) verbunden sind und deren Emitterelektroden (66, 67) mit dem zweiten Anschluß [S^) der Spannungsquelle verbunden sind^.und eine Steuerwicklung (76) aufweist, die mit der Last (21) gekoppelt ist zur Ableitung einer Steuerwechselspannung davon, wobei Impedanzmittel auf entsprechende Weise ein erstes Ende (X) der Steuerwicklung (76) mit der Basiselektrode (71) des ersten Steuertransistors (Q3) und mit der Basiselektrode (81) des zweiten Anklammerungstransistors (Q6) verbinden und Impedanzmittel auf entsprechende Weise das zweite Ende (Y) der Steuerwicklung (76) mit der Basiselektrode (72) des zweiten Steuertransistors (Q.4) und mit der Basiselektrode (84) des

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ersten Anklammerungstransistors (Q5) verbinden.

4. Wechselrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungspunkt (59) gegebener Spannung eine variable Steuergleichspannung (61) aufweist zum Steuern der Umschaltfrequenz der Wechselrichterschaltung.

5. Wechselrichterschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichrichtermittel (86, 87) vorgesehen sind, die zwischen wenigstens das eine Ende der Steuerwicklung (76) und eine der ersten und zweiten Spannungsguellenklemmen geschaltet sind zum Erzeugen einer von der Steuerwechselspannung abgeleiteten Gleichspannung an den Klemmen.

6. Wechselrichterschaltung nach Anspruch 2,

dad u r ch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle mit der Last (21) gekoppelte Gleichrichtermittel ' (86,87) aufweist.

7. Schaltungsanordnung mit Schaltungsmitteln zum Anlegen einer elektrischen Wechselstromenergie an eine Last und mit einer . Gleichspannungsquelle mit Gleichrichtermitteln, die mit der Last gekoppelt sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist zum Steuern des Betriebs der Schaltmittel, wobei die Steuerschaltung so geschaltet ist, daß sie ihre elektrische Arbeitsenergie aus der Gleichspannungsquelle empfängt.

9. Schaltungsanordnungnach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Last eine Wicklung gekoppelt ist zum Ableiten von Wechselstromenergie daraus, wobei die Gleichrichtermittel zwischen ein oder beide Enden der Kicklungen und eine oder beide Anschlüsse der Gleichspannungsquelle geschaltet sind.