DE3519414C2 - Transistor inverter circuit - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Transistorwechselrichter schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a transistor inverter circuit according to the preamble of the claim.
Aus der US-PS 3,818,312 ist eine Transistorwechselrichter schaltung bekannt, bei der eine erste Gleichstromeingangslei tung an den Mittelabgriff einer Primärwicklung eines Trans formators und eine zweite Gleichstromeingangsleitung an die zusammengeschalteten Emitter von zwei Transistoren ange schlossen ist. Der Kollektor des einen Transistors ist mit dem einen Ende, der Kollektor des anderen Transistors mit dem anderen Ende der Primärwicklung verbunden. In eine der Gleichstromeingangsleitung ist eine Drossel geschaltet, und parallel zur Primärwicklung liegt ein Kondensator. Eine Sekundärwicklung des Transformators ist an zwei Ausgangslei tungen geschlossen. Der Transformator weist ferner eine Steuerwicklung auf, deren eines Ende über einen Kondensator mit der Basis des einen Transistors und deren anderes Ende über einen Kondensator mit der Basis des anderen Transistors verbunden ist. Parallel zu diesen beiden Kondensatoren liegt jeweils die Reihenschaltung aus einem weiteren Kondensator und einem Widerstand. Die miteinander verbundenen Emitter der beiden Transistoren sind jeweils über einen Kondensator mit der Basis der Transistoren verbunden. Außerdem liegt zwischen den Emittern der Transistoren und dem Verbindungspunkt zwi schen Widerstand und Kondensator im jeweiligen Basiskreis der Transistoren jeweils eine Z-Diode. Die beiden Kondensatoren zwischen den zusammengeschalteten Emittern der beiden Transi storen und ihrer jeweiligen Basis werden mittels der zugehö rigen Z-Diode auf eine Gleichspannung zur Vorspannung der Transistoren aufgeladen, wodurch eine größere Unabhängigkeit der Wechselrichterschaltung von Schwankungen der Betriebs gleichspannung erzielt werden soll. A transistor inverter is known from US Pat. No. 3,818,312 known circuit in which a first DC input to the center tap of a primary winding of a trans formators and a second DC input line to the interconnected emitter of two transistors is closed. The collector of one transistor is with one end, the collector of the other transistor with the connected to the other end of the primary winding. In one of the DC input line, a choke is connected, and there is a capacitor in parallel with the primary winding. A Secondary winding of the transformer is at two output lines closed. The transformer also has one Control winding on, one end of which is via a capacitor with the base of one transistor and the other end through a capacitor to the base of the other transistor connected is. Is parallel to these two capacitors in each case the series connection from a further capacitor and a resistance. The interconnected emitters of the both transistors are each connected to a capacitor the base of the transistors connected. Also lies between the emitters of the transistors and the connection point between resistance and capacitor in the respective base circuit of the Transistors each have a Zener diode. The two capacitors between the interconnected emitters of the two transis faults and their respective bases are determined using the Zener diode to a DC voltage for biasing the Transistors charged, giving greater independence the inverter circuit from fluctuations in operation DC voltage should be achieved.
Aus der US-PS 3,808,513 ist eine Transistorwechselrichter schaltung insbesondere zum Einsatz in Zündanlagen für Ver brennungsmotoren bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung ist eine erste Gleichstromeingangsleitung an den Mittelabgriff einer Primärwicklung eines Transformators und eine zweite Gleichstromeingangsleitung an die zusammengeschalteten Emit ter von zwei Transistoren angeschlossen. Der Kollektor des einen Transistors ist mit dem einen Ende, der des anderen Transistors mit dem anderen Ende der Primärwicklung verbun den. Eine Sekundärwicklung des Transformators ist an zwei Wechselstromausgangsleitungen angeschlossen. Der Transforma tor weist ferner eine Steuerwicklung auf, deren eines Ende über einen Widerstand mit der Basis des einen Transistors und deren anderes Ende mit der Basis des anderen Transistors ver bunden ist. Zwischen den Emitter und die Basis jedes der Transistoren ist eine jeweilige Diode in Sperrichtung ge schaltet. Die bekannte Wechselrichterschaltung ist fremdge steuert, wozu der Transformator eine weitere Steuerwicklung aufweist, an die Triggerimpulse angelegt werden.From US-PS 3,808,513 is a transistor inverter circuit especially for use in ignition systems for Ver internal combustion engines known. In this known circuit is a first DC input line to the center tap a primary winding of a transformer and a second DC input line to the interconnected emit ter connected by two transistors. The collector of the a transistor is at one end, the other Transistor connected to the other end of the primary winding the. A secondary winding of the transformer is on two AC output lines connected. The transforma Tor also has a control winding, one end of which through a resistor to the base of a transistor and ver the other end with the base of the other transistor is bound. Between the emitter and the base of each of the Transistors is a respective diode in the reverse direction switches. The well-known inverter circuit is foreign controls, for which the transformer another control winding to which trigger pulses are applied.
Transistorwechselrichter verwenden in der Regel einen Ausgangstransformator, der eine zusätzliche Steuerwick lung für die Aussteuerung der Transistoren besitzt. Dabei ergaben sich früher Schwierigkeiten, wenn einerseits eine möglichst sinusförmige Ausgangsspannung erzielt werden sollte, andererseits aber zur weitgehenden Reduzierung der Verluste mit einer möglichst rechteckförmigen Steuer spannung ausgesteuert werden sollte.Transistor inverters usually use one Output transformer, which has an additional control winding has for the control of the transistors. Here Difficulties arose in the past when there was one possible sinusoidal output voltage can be achieved should, but on the other hand to a large extent the losses with a tax as rectangular as possible voltage should be controlled.
Aus der DE-PS 29 27 837 ist eine Transistorwechselrich terschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs be kannt, bei der dieses Problem dadurch gelöst wird, daß in Reihe mit einem den Transistoren jeweils zugeordneten Teil der Steuerwicklung ein Kondensator geschaltet ist, der mit Hilfe eines Aufladekreises auf eine Steuer gleichspannung aufgeladen wird. Die Steuerwechselspan nung der Steuerwicklung dient hierbei im wesentlichen nur noch zur abwechselnden Umschaltung der Steuergleich spannung auf die beiden im Gegentaktbetrieb arbeitenden Transistoren. Diese bekannte Schaltung hat sich außeror dentlich bewährt, da sie zuverlässig arbeitet und unter anderem infolge der minimalen Verlustleistung klein auf gebaut werden kann. Ein bevorzugter Anwendungsfall der bekannten Schaltung ist die Speisung von Leuchtstoff lampen aus einem Gleichstromnetz oder einer Batterie, wo die erwähnten Vorteile besonders zum Tragen kommen.From DE-PS 29 27 837 is a transistor inverter terschaltung according to the preamble of claim knows, in which this problem is solved in that in series with one assigned to the transistors Part of the control winding a capacitor is connected the with the help of a charging circuit on a tax DC voltage is charged. The tax bill The control winding serves essentially here only for alternating switching of the tax equal tension on the two working in push-pull mode Transistors. This well-known circuit has become extraordinary Proven, because it works reliably and under partly due to the minimal power loss can be built. A preferred application of the known circuit is the supply of fluorescent lamps from a DC network or a battery where the advantages mentioned are particularly noticeable.
Nachteilig an der letztgenannten bekannten Schaltung ist die Notwendig keit einer Steuerwicklung, die wenigstens eine Mittel anzapfung, vorzugsweise zwei weitere Anzapfungen, besitzt und damit die Kosten des Transformators erhöht. Diese An zapfungen der Steuerwicklung erhöhen naturgemäß auch den Schaltungsaufwand.The disadvantage of the latter known circuit is the necessity speed of a control winding that has at least one means tapping, preferably two further taps and thus increases the cost of the transformer. This to taps in the tax winding naturally also increase the Circuitry.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Transi storwechselrichterschaltung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die ohne Preisgabe der Vorteile der be kannten Schaltung, insbesondere der geringen Verlust leistung, mit einem einfacheren Transformator und einem geringeren Schaltungsaufwand auskommt.The object of the present invention is a transi Stor inverter circuit of the specified Way of creating that without giving up the benefits of be known circuit, especially the low loss performance, with a simpler transformer and a requires less circuitry.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.This object is inventively characterized by nenden features of the claim solved.
Die beanspruchte Lösung kommt mit einer einfachen Steuer wicklung aus, die keine Anzapfungen zu besitzen braucht. Darüber hinaus kann im Vergleich zur bekannten Schaltung auch noch eine Diode eingespart werden.The claimed solution comes with a simple tax development that does not need to have taps. In addition, compared to the known circuit a diode can also be saved.
Aufgrund dieser einfachen Steuerwicklung können die Kosten des Transformators reduziert werden. Die in der Regel in gedruckter Form ausgeführte Schaltung kommt mit weniger Leitungen aus, so daß die die gedruckte Schaltung tragen de Leiterplatte noch kleiner als im Fall der bekannten Schaltung ausgebildet werden kann und gleichwohl durch einen größeren Abstand zwischen den Leiterbahnen und den Bauteilen eine höhere Spannungsfestigkeit erreicht wird.Because of this simple tax winding, the cost of the transformer can be reduced. The usually in Printed circuitry comes with less Lines out so that they carry the printed circuit de PCB even smaller than in the case of the known Circuit can be formed and nevertheless by a larger distance between the conductor tracks and the Components a higher dielectric strength is achieved.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll unter Bezug auf die Zeichnung erläutert werden.An embodiment of the invention is intended to be referenced be explained on the drawing.
Eine Gleichstromeingangsleitung 1a ist über eine Drossel 2 mit einer Mittelanzapfung der Primärwicklung 11a eines Transformators 11 verbunden. Wenn der Wechselrichter schwingt, werden die beiden Enden der Primärwicklung 11a abwechselnd über die Transistoren 4 und 5 mit der Gleich stromeingangsleitung 1b verbunden. Parallel an die Primär wicklung 11a angeschlossen ist ein Stromwendekondensator 12, der zusammen mit der Drossel 2 einen Schwingkreis bildet. Ein Kondensator 13, der parallel zu der an die Gleichstromeingangsleitungen 1a und 1b anzu schaltenden Gleichstromquelle 1 geschaltet ist, dient als Glättungskondensator zur Glättung des Gleichstroms im Gleichstromkreis des Wechselrichters. An eine Sekundär wicklung des Transformators 11 ist über Wechselstromaus gangsleitungen 15a und 15b eine Wechselstromlast 15 ange schaltet, bei der es sich bei einem bevorzugten Anwendungs fall der erfindungsgemäßen Schaltung um eine Leuchtstoff lampe handelt. Die Steuerwicklung 6 des Transformators ist ohne Anzapfungen ausgebildet, und mit einem Ende an die Basis des Transistors 4 und mit dem anderen Ende an die Basis des Transistors 5 angeschlossen. Der eine Be lag eines Kondensators 9 ist direkt mit dem Ende der Steuerwicklung 6 verbunden, die an die Basis des Transi stors 4 angeschaltet ist. Der andere Belag des Kondensa tors 9 ist mit der Anode einer Diode 8 verbunden, deren Kathode an das andere Ende der Steuerwicklung 6 direkt angeschaltet ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kon densator 9 und der Diode 8 liegt über einen Widerstand 10 an den zusammengeschalteten Emittern der Transistoren 4 und 5. Mit Hilfe des Widerstands 10 wird die Größe des Basisstroms eingestellt. Der Anschwingwiderstand 3 dient in bekannter Weise als Anschwinghilfe.A direct current input line 1 a is connected via a choke 2 to a center tap of the primary winding 11 a of a transformer 11 . When the inverter vibrates, the two ends of the primary winding 11 a are alternately connected via the transistors 4 and 5 to the DC input line 1 b. In parallel to the primary winding 11 a is a current-reversing capacitor 12 which forms a resonant circuit together with the inductor 2 . A capacitor 13 , which is connected in parallel with the direct current source 1 to be connected to the direct current input lines 1 a and 1 b, serves as a smoothing capacitor for smoothing the direct current in the direct current circuit of the inverter. 11 to a secondary winding of the transformer is on Wechselstromaus output lines 15 a and 15 b an alternating current load 15 is turned on, when it is in a preferred application of the inventive circuit case to a fluorescent lamp. The control winding 6 of the transformer is designed without taps and is connected at one end to the base of the transistor 4 and at the other end to the base of the transistor 5 . One was a capacitor 9 is connected directly to the end of the control winding 6 , which is connected to the base of the transistor 4 . The other coating of the capacitor 9 is connected to the anode of a diode 8 , the cathode of which is directly connected to the other end of the control winding 6 . The connection point between the capacitor 9 and the diode 8 is via a resistor 10 to the interconnected emitters of the transistors 4 and 5 . With the help of the resistor 10 , the size of the base current is set. The start-up resistor 3 serves as a start-up aid in a known manner.
Der Kondensator 9 wird im Betrieb der dargestellten Schal tung mit Hilfe der in der Steuerwicklung 6 induzierten Wechselspannung und der als Gleichrichter wirkenden Diode 8 auf eine Steuergleichspannung aufgeladen, die für die Transistoren 4, 5 in Durchlaßrichtung gepolt ist. The capacitor 9 is charged during operation of the illustrated device by means of the AC voltage induced in the control winding 6 and the diode 8 acting as a rectifier to a DC control voltage which is polarized in the forward direction for the transistors 4 , 5 .
Während des Nulldurchgangs der am Transformator 11 ent stehenden sinusförmigen Wechselspannung ist auch die Spannung an der Steuerwicklung 6 null, so daß beide Tran sistoren 4 und 5 durch die Klemmenspannung am Kondensator 9 aufgesteuert werden. Die Drossel 2 stellt sicher, daß dieser Kurzschluß nicht zu einem plötzlichen Stromanstieg von der Batterie her führt. Deshalb ist die Überlappung der Zeiten, in denen die jeweiligen Transistoren durchge steuert sind, unkritisch. Die Kommutierung von einem Tran sistor auf den anderen erfolgt in einem nahezu spannungs freien Zustand. Wenn die Transformatorspannung nach dem Nulldurchgang wieder ansteigt, dann ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Schaltung im Vergleich zu der eingangs beschriebenen bekannten Schaltung unsymmetrische Verhält nisse in Abhängigkeit von der Polarität der folgenden Spannungshalbwelle. Dies beruht darauf, daß für den Tran sistor 5 die Steuerwicklung 6 und der Kondensator 9 eine Reihenschaltung, für den Transistor 4 dagegen eine Parallel schaltung bilden. Die Praxis hat erwiesen, daß diese Un symmetrie keine erkennbare Auswirkung auf die Schaltungs funktion hat, so daß mit der erfindungsgemäßen Schaltung praktisch dieselben Vorteile wie mit der bekannten Schal tung erzielt werden können, darüber hinaus jedoch eine deutliche Schaltungsvereinfachung vorliegt.During the zero crossing of the resulting sinusoidal AC voltage on the transformer 11 , the voltage on the control winding 6 is also zero, so that both transistors 4 and 5 are turned on by the terminal voltage on the capacitor 9 . The choke 2 ensures that this short circuit does not lead to a sudden increase in current from the battery. Therefore, the overlap of the times in which the respective transistors are controlled is not critical. The commutation from one transistor to the other takes place in an almost voltage-free state. If the transformer voltage rises again after the zero crossing, then there are asymmetrical ratios in the circuit according to the invention compared to the known circuit described at the outset, depending on the polarity of the following voltage half-wave. This is due to the fact that for the transistor 5, the control winding 6 and the capacitor 9 form a series circuit, for the transistor 4, however, form a parallel circuit. Practice has shown that this Un symmetry has no discernible effect on the circuit function, so that with the circuit according to the invention practically the same advantages as with the known scarf device can be achieved, but beyond that there is a significant simplification of the circuit.
Die Frequenz des Wechselrichters hängt von den Primärdaten des Transformators ab, während die Kurvenform des Stroms in erster Linie durch den Stromwendekondensator 12 und die Drossel 2 bestimmt wird.The frequency of the inverter depends on the primary data of the transformer, while the curve shape of the current is determined primarily by the current reversing capacitor 12 and the choke 2 .
Claims (1)
der Kollektor des einen Transistors (4) mit dem einen Ende der Primärwicklung (11a) und der Kollektor des ande ren Transistors (5) mit dem anderen Ende der Primärwicklung (11a) verbunden ist,
in eine (1a) der Gleichstromeingangsleitungen eine Drossel (2) geschaltet ist, die zusammen mit einem an die Enden der Primärwicklung (11a) angeschlossenen Stromwende kondensator (12) einen Schwingkreis bildet,
eine Sekundärwicklung des Transformators an zwei Wechsel stromausgangsleitungen (15a, 15b) angeschlossen ist,
der Transformator ferner eine Steuerwicklung (6) auf weist, die einen ersten mit der Basis des einen Transistors (4) verbundenen Anschluß sowie einen zweiten mit der Basis des anderen Transistors (5) verbundenen Anschluß besitzt, eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (9) und einem Widerstand (10) zwischen die Emitter der Transistoren (4, 5) und einen Anschluß der Steuerwicklung (6) geschaltet ist, und
eine Diode (8) zur Bildung eines den Kondensator (9) auf eine für die Transistoren (4, 5) in Durchlaßrichtung gepolte Steuergleichspannung aufladenden Aufladekreises einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensa tor (9) und dem Widerstand (10) und andererseits mit einem Anschluß der Steuerwicklung (6) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (9) an den ersten Anschluß und die Diode (8) an den zweiten Anschluß der Steuerwicklung (6) angeschlossen ist.Transistor inverter circuit in which a first DC input line ( 1 a) to the center tap of a primary winding ( 11 a) of a transformer ( 11 ) and a second DC input line ( 1 b) to the interconnected emitter of two transistors ( 4 , 5 ) is connected,
the collector of one transistor ( 4 ) is connected to one end of the primary winding ( 11 a) and the collector of the other transistor ( 5 ) is connected to the other end of the primary winding ( 11 a),
In a ( 1 a) of the DC input lines a choke ( 2 ) is connected, which forms a resonant circuit together with a current reversing capacitor ( 12 ) connected to the ends of the primary winding ( 11 a),
a secondary winding of the transformer is connected to two AC output lines ( 15 a, 15 b),
the transformer further has a control winding ( 6 ), which has a first connection connected to the base of one transistor ( 4 ) and a second connection connected to the base of the other transistor ( 5 ), a series circuit comprising a capacitor ( 9 ) and a resistor ( 10 ) is connected between the emitters of the transistors ( 4 , 5 ) and a connection of the control winding ( 6 ), and
a diode ( 8 ) to form a capacitor ( 9 ) on a for the transistors ( 4 , 5 ) polarized in the forward direction charging DC charging charging circuit on the one hand with the connection point between the capacitor ( 9 ) and the resistor ( 10 ) and on the other hand with a Connection of the control winding ( 6 ) is connected
characterized,
that the capacitor ( 9 ) is connected to the first connection and the diode ( 8 ) to the second connection of the control winding ( 6 ).
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