DE1053591B - Schutzschaltung zur Vermeidung der UEberlastung eines Oszillators, dessen Schwingungen hochtransformiert und danach gleichgerichtet werden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

DieErfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für einen sogenannten Transverter, d. h. eine Einrichtung zur Erzeugung einer Gleichspannung mittels eines Oszillators, z. B. eines Transistor-Oszillators, und eines Gleichrichters zur Umwandlung der Oszillatorschwingungen in die erwünschte Gleichspannung.

Es sind bereits Transiistor-Oszillatorschaltungen vorgeschlagen, in welchen der den'Hauptstromkreis eines Transistors durchfließende Strom durch eine Induktanz verläuft und plötzlich unterbrochen wird, wobei eine Spannungsspitze über der Induktanz erzeugt wird. ZurErzeugung einer Gleichspannung werden diese Spannungsspitzen gleichgerichtet. In einem Ausf ührungsbeispiel dieses Vorschlages ist der Emitter eines pnp-Transistors an die Plusklemme einer Gleichspannungsquelle angeschlossen, während der Kollektor über .die Primärwicklung des Transformators mit der Minusklemme der Gleichspannungsquelle und die Basis über die Sekundärwicklung des Transformators in Reihe mit einem Widerstand mit dem Emitter verbunden ist, Negative Spannungsspitzen werden über die Primärwicklung des Transformators in dem Augenblick erzeugt, in dem der Transistor gesperrt wird, und die Amplitude dieser Spitzen kann viele Male größer sein als die Spannung der Gleichspannungsquelle. Die Spannungsspitzen werden über einen Gleichrichter einem Glättungsfilter zugeführt, so daß eine Ausgangsgleichspannung erzeugt wird, die einer Belastungsimpedanz zugeführt werden kann.

In solchen Einrichtungen ist die während jedes Arbeitskreislaufes von der Gleichspanniungs-Speisequelle gelieferte Leistung nahezu konstant und unabhängig vom Wert der Belastungsimpedanz, so daß die an diese Impedanz gelegte Spannung sich entsprechend dem Wert dieser Impedanz ändert. Dies hat den Nachteil, daß, wenn die Belastung ausgeschaltet wird, die Spannung am Glättungsfilter sehr groß wird und daß die nicht in der Belastungsimpedanz verbrauchte Leistung im Transistor-Oszillator verbraucht wird, so daß der Transistor beschädigt werden kann.

Es ist bereits bekannt, daß ein Kipposzillator der beschriebenen Art unter bestimmten. Bedingungen nicht zu schwingen anfängt, z. B. wenn die Kollektor-Emitter-Spannung allmählich angelegt wird. Dies läßt sich dadurch erklären, daß sich der Transistor in einem Arbeitspunkt befindet, in welchem sein Emitterstrom nahezu Null ist, so daß er eine geringe Verstärkung herbeiführt. Um einen solchen Oszillator in diesem Fall zum Schwingen zu bringen, ist es notwendig, die Kollektor-Emitter-Spannung sehr plötzlich anzulegen, wodurch infolge der Kollektor-Emitter-Kapazität ein Strom durch die Induktanz fließt. Mittels des Transformators erzeugt dieser Strom einen Basisstrom, so daß der Oszillator zu schwingen

Schutzschaltung zur Vermeidung
der überlastung eines Oszillators,
dessen Schwingungen hochtransformiert
und danach gleichgerichtet werden

Anmelder;
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 18. Januar und 8. Dezember 1955

Leon Henry Light, London,
ist als Erfinder genannt worden

anfängt.

Man hat gefunden, daß, wenn die KollektorEmitter-Spannung nicht abgeschaltet und die Basis derart polarisiert wird, daß der Transistor gesperrt wird und kein Basisstrom mehr fließt, der Oszillator nicht erneut zu schwingen anfängt, bis er auf irgendeine Weise dazu angeregt wird, z. B. durch Aus- und Einschalten der Speisequelle. Bei gleichbleibenden Betriebsspannungen kann sich der Transistor-Oszillator somit entweder in einem Schwingungszustand oder in einem stabilen, nicht schwingenden Zustand befinden.

Die Erfindung bezweckt, eine Schutzschaltung zu schaffen, mit der das Schwingen verhindert wind, wenn die Ausgangsgleichspannung einen vorgeschriebenen Wert überschreitet, z. B. weil die Belastungsimpedanz abgeschaltet wird oder unterbrochen ist.

Es ist zwar bekannt, bei einem mechanischen Gleichspannungswandler auf der Gleichspannungsseite eine Glimmlampe vorzusehen, die beim Einhalten einer normalen- Betriebsspannung, d. h. bei normaler Belastung, nicht brennt, dagegen aber beim Überschreiten der zulässigen Spannung zündet. In dieser Schaltung wird jedoch der Glimmlampen-Entladungsstrom nicht zur Einwirkung auf den Gleichspanmings-Wechselspannungs-Umformer gebracht.

Die Schutzschaltung nach der Erfindung weist Mittel auf, die dann, wenn die erzeugte Gleichspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein Lösehsignal erzeugen, das dem Oszillator zugeführt wird und die

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Schwingung löscht, worauf beim Wegf allen des Löschsignals der stabile, nicht schwingende Zustand erhalten bleibt.

Vorzugsweise wird das Löschsignal mittels eines Schaltelements erzeugt, das beim Überschreiten einer bestimmten Spannung durchschlägt und im Basiskreis des Transistors eine Vorspannungsänderung bewirkt. Dieses Schaltelement wird an den Glättungskondensator auf der Hochspannungsseite angeschlossen. Wenn die erzeugte Gleichspannung den vorbestimmten Wert überschreitet, schlägt das Schaltelement durch, und der Glättungskondensator entlädt sich über den erwähnten Widerstand. Dadurch wird eine Vorspannung an die Basis des Transistors gelegt, welche den Transistor-Oszillator am Schwingen hindert. Der Entladungsstrom des Kondensators nimmt allmählich mit einer solchen Geschwinidigkeit ab, daß der Transistor auch nach dem Erlöschen des Durchschlags in seinem nicht schwingenden Zustand bleibt. Das erwähnte Element kann z. B. eine Gasentladungsröhre sein. Der Spannungsabfall über diese Röhre wird beim Durchschlagen derselben kleiner als die Durchschlagspannung, so daß ein großer Strom plötzlich von dem Glättungskondensator her den Basiswiderstand durchfließt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in welcher

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Abart dieses 'Alisführungsbeispiels und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält als Oszillator einen pnp-Grenzschicht-Transistor 1, dessen Emitter 2 an die Plusklemme einer GleichspannungsSpeisequelle 5, z. B. eine Batterie von z. B. 3 V, angeschlossen ist. Der Kollektor 4 dieses Transistors ist über eine Primärwicklung 6 eines Transformators 7 mit der Minusklemme der Quelle 5 verbunden, und die Basis 3 ist über eine Rückkopplungswickkmg8 des Transformators 7 und einen Widerstand 9 an die Plusklemme der Quelle 5 angeschlossen. Der Transformator 7 hat eine dritte Wicklung 13 (Sekundärwicklung), die über einen Gleichrichter 10 mit einer Klemme eines Glättungskondensators 11 und einer dazu parallel gelegten Belastung 12 verbunden ist. Das andere Ende dieser Wicklung 13 ist an die Plusklemme der Quelle 5 angeschlossen. Eine Gasentladungsröhre

14 ist einerseits an die positive Klemme des Gleichrichters 10 und des Glättungskondensators 11 und andererseits über einen Widerstand 15 an den Verbindungspunkt der Rückkopplungswicklung 8 und des Reihenwiderstandes 9 angeschlossen. Die Widerstände

15 und 9 bilden somit einen Spannungsteiler.

Wenn die Spannung der Speisequelle 5 plötzlich an den Transistor-Oszillator gelegt wird, wird der Transistor 1 leitend, wobei ein Strom die Primärwicklung6 durchfließt. Der die Wicklung 6 durchfließende, zunehmende Strom erzeugt eine negative Spannung am Basisende der Rückkopplungswicklung, so daß ein ausreichender Emitter-Basis-Strom fließt, um den Spannungsunterschied zwischen dem Kollektor 4 und dem Emitter 2 sehr klein zu halten. Nahezu die ganze Spannung der Quelle 5 wird somit über die Induktanz an die Primärwicklung gelegt, so daß der diese Wicklung durchfließende Strom praktisch linear zunimmt und "eine annähernd gleichbleibende Spannung über der Rückkopplungswicklung 8 erzeugt wird. Diese

Spannung ruft einen praktisch konstanten Basisstrom entsprechenden Wertes hervor. Diese Verhältnisse dauern an, bis der Kollektorstrom den Knick der dem besonderen Wert des Basisstromes entsprechenden Kollektorstrom-KoHeilctorspanniings-Kennlinie erreicht. Wenn dies der Fall ist, fängt die Spannung über dem Transistor an zuzunehmen, und der Kollektorstrom fängt dabei gleichzeitig an, weniger schnell zuzunehmen. Die Spannungen über die Wicklungen des Transformators 7 nehmen dann ab, und damit auch der Basisstrom, so daß der Kollektorstrom auch abnehmen muß. Infolgedessen wird eine positive Spannung über der Rückkopplungswicklung 8 erzeugt, welche den Transistor 1 sperrt, wobei infolge der Unterbrechung des Stromes durch die Wicklung6 eine große negative Spannungsspitze am Kollektor 4 und eine große positive Spannungsspitze am Gleichrichterende der Sekundärwicklung 13 erzeugt wird. Der Gleichrichter 10 wird leitend, und die Spannung über der Wicklung 13 bleibt erhalten, bis der die Belastung 12 und den Glättungskondensator 11 durchfließende Strom abgenommen hat, wobei eine gegenüber der Plusklemme der Quelle 5 positive Gleichspannung erzeugt wird. Wenn die Abnahme der Spannung über der Sekundärwicklung 13 zu Ende ist, wird der Transistor 1 wieder leitend, und die Vorgänge wiederholen sich, so daß der Oszillator selbsttätig weiterschwingt.

Wie bereits bemerkt, ist die der Quelle 5 entnommene Leistung praktisch konstant, so daß die Spannung über der Belastung vom Wert dieser Belastung abhängig ist. Es ist also ersichtlich, daß, wenn die Belastung 12 ausgeschaltet wird, die Spannung am Glättungskondensator 11 bis zu einem Maximalwert zunimmt. Bei der geschilderten Einrichtung schlägt jedoch die Entladungsröhre 14 durch, bevor diese Maximalspannung erreicht wird. Beim Durchschlagen dieser Röhre fließt ein Strom durch die Widerstände 9 und 15,, wodurch eine positive Löschspannung der Basis 3 zugeführt wird, so daß der Transistor 1 gesperrt und dessen Weiterschwingen verhindert wird. Diese positive Spannung nimmt ab entsprechend einer Zeitkonstante, die im wesentlichen durch den Glättungskondensator 11 und die Widerstände 9 und 15 bestimmt ist, wobei die Röhre 14 erlischt. Infolgedessen werden die Gleichspannungen am Transistor verhältnismäßig allmählich auf ihren vorherigen Wert zurückgebracht. DieZeitkonstante ist von der Größenordnung von Millisekunden oder von Hundertstelsekunden, und wenn diese Zeitkonstante günstig gewählt ist, fängt der Oszillator nicht selbsttätig wieder an zu schwingen. Damit er wieder schwingt, ist es erforderlich, ihm einen elektrischen Stoß zu erteilen, z. B. durch Aus- und Wiedereinschalten der Quelle 5.

Unter normalen Betriebsverhältnissen, d. h. wenn eine Belastung 12 von passendem Wert mit dem Kondensator 11 parallel geschaltet ist, schlägt die Entladungsröhre 14 nicht durch. Falls jedoch die Belastung unterbrochen ist, wird die Röhre 14 während einer verhältnismäßig kurzen Zeit leitend. Es ist daher nur erforderlich, daß diese Röhre den durch die Entladung des Glättungskondensators 11 hervorgerufenen Spitzenstrom während dieser kurzen Zeit aufnimmt. Die Röhre 14 kann somit sehr klein sein. Sie könnte durch ein anderes Element ersetzt werden, das bei einer bestimmten angelegten Spannung durchschlägt, z.B. durch eine in der Sperrichtung geschaltete Zener-Diode.

Um die beschriebene Arbeitsweise der Schutzschaltung nach Fig. 1 zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß die Spannung über der Wicklung 13 die Durch-

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Schlagsspannung der Entladungsröhre 14 ohne Belastung wohl und bei normalem Betrieb nicht überschreitet. Wenn die vorbestimmte Spannung über der Belastung und die ohne Belastung erzeugte Spannung von den zum Betreiben der Entladungsröhre 14 erforderlichen Spannungen abweichen, können diese mittels einer zusätzlichen Wicklung mit einem eigenen Gleichrichter und einem eigenen Glättungskondensator erzeugt werden. Die Röhre 14 wird dann über diesen zusätzlichen Teil der Schaltung angeschlossen, wobei die zusätzliche Wicklung in bezug auf die Wicklung 13 das erforderliche Windungsverhältnis haben muß, um das Schwingen zu verhindern, wenn die Spannung über der Belastung den vorbestimmten Maximalwert überschreitet. In einer Abart des beschriebenen Beispiels kann, wenn eine gasgefüllte Diode 14 mit der vorbestimmten Zündspannung nicht zur Verfügung steht, eine gasgefüllte Triode nach Fig. 2 benutzt werden. Diese Schaltungsvariante enthält eine Gastriode 20, deren so Anodendurchschlagsspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches dadurch geändert werden kann, daß der Strom zwischen einer Zündelektrode und der Kathode dieser Röhre mittels eines veränderlichen Widerstandes 21 geändert wird. In dieser Abart kann man also den vorbestimmten Wert der Ausgangsgleichspannung regeln, bei welchem das Schwingen verhindert wird. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Wicklungen 6, 8 und 13 des Transformators 7 unmittelbar miteinander verbunden, so daß sie eine einzige Wicklung mit zwei Zwischenanzapfungen bilden. Der Emitter 2 ist an eine dieser Anzapfungen angeschlossen und über den Wicklungsteil 6 mit der Plusklemme der Speisespannungsquelle 5 verbunden, während die Minusklemme dieser Quelle direkt mit dem Kollektor 4 des Transistors 1 verbunden ist. Die Basis 3 dieses Transistors ist über den Widerstand 9 an die zweite Anzapfung angeschlossen und über den zwischen den zwei Anzapfungen liegenden Wicklungsteil 8 mit dem Emitter 2 verbunden. Das von der Röhre 14 abgewendete Ende des Widerstandes 15 ist unmittelbar an die Basis 3 und an das entsprechende Ende des Widerstandes 9 angeschlossen. Die Wicklung 13 wird durch die in Reihe liegenden WicklungsteHe 6 und 8 und durch einen damit in Reihe geschalteten weiteren Wicklungsteil 13 gebildet. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist praktisch dieselbe wie die des ersten Ausführungsbeispiels, mit dem Unterschied, daß die an die gas- gefüllte Röhre 14 gelegte Spannung gleich der Gleichspannung am Glättungskondensator 11 plus einer Impulsspannungskomponente ist. Diese Summenspannung wird von den über der Wicklung 13 erzeugten Spannungsspitzen gebildet, welche den in Reihe liegenden Wicklungsteilen 6 und 8 entsprechen. Infolgedessen muß die Durchschlagsspannung der Röhre 14 höher als die vorbestimmte Maximalspannung über dem Glättungskondensator 11 gewählt werden. Selbstverständlich kann man in derartigen Schaltungen auch Grenzschichttransistoren des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps verwenden, wobei man die bekannten Umkehrungen der Polarität der Gleichspannungs-Speisequelle und ähnliche Änderungen durchführen muß. Patentansprüche:

1. Schutzschaltung zur Vermeidung der Überlastung eines Transistor - Oszillators, dessen Schwingungen hochtransformiert und danach gleichgerichtet werden, bei welcher der Transistoroszillator so gebaut ist, daß er sich bei gleichbleibenden Betriebsspannungen entweder in einen schwingenden Zustand oder in einem stabilen, nicht schwingenden Zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer Löschspannung für den Oszillator vorgesehen sind, die von der Gleichspannungsseite aus gesteuert werden und beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes der Gleichspannung ansprechen, der über dem normalen für den Verbraucher vorgesehenen liegt und eine vorübergehende Vorspannungsänderung in einem Kreis des Oszillators bewirken, derart, daß die Schwingungserzeugung aussetzt bzw. gelöscht wird.

2. Schutzschaltung nach Anspruch I mit einem Transistor-Oszillator, bei dem eine transformatorische Rückkopplung zwischen den Kollektor-Emitter- und Basiskreisen des Transistors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Löschsignal der Basis des Transistors zugeführt ist.

3. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Transistor-Oszillator, bei dem ein Glättungskondensator an die Gleichspannungs-Ausgangsklemmen angeschlossen ist und dieser über einen Gleichrichter von einer Sekundärwicklung eines Transformators her aufgeladen wird, dessen Primärwicklung im Kollektorkreis des Transistors und dessen Rückkopplungswicklung in Reihe mit einem ohmschen Widerstand im Basiskreis liegt, dadurch gekennzeichnet, daß an die Hochspannung führende Ausgangsklemme der eine Pol eines Schaltelements gelegt wird, welches bei einer bestimmten Spannung durchschlägt und daß der andere Pol dieses Schaltelements über einen Widerstand an die Verbindung zwischen Rückkopplungswicklung und Reihenwiderstand gelegt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 807 631, 820 754;
österreichische Patentschrift Nr. 154 867;
Proceedings of the IRE, Juni 1951, S. 629 bis 631; Electronics, August 1954, S. 190 bis 200.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 787/398 3.