DE1254202B - Transformatorloser Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02m

Deutsche Kl.: 21 a4 - 35/11

Nummer: 1254 202

Aktenzeichen: G37811IXd/21 a4

Anmeldetag: 61 V.

Auslegetag: 3 #

Die Erfindung betrifft einen transformatorlosen Gleichspannungswandler mit einem eine Induktivität an eine Gleichstromquelle anschließenden Schalter, der den das Magnetfeld der Induktivität aufbauenden Strom steuert.

Bei vielen elektrischen Versorgungseinrichtungen verlangt man eine Ausgangsspannung, die die verfügbare Netzspannung übersteigt. Das übliche Verfahren, eine höhere Ausgangsspannung zu erhalten, besteht darin, innerhalb des Spannungswandlers eine Aufwärtstransformation vorzunehmen. Bei vielen Einrichtungen, beispielsweise bei Netzgeräten in Flugzeugen und Raumfahrzeugen, bei denen eine leichte Bauweise und eine schnelle Regelung von höchster Bedeutung sind, ist die Verwendung eines Transformators für diese Aufwärtstransformation unerwünscht. Weiterhin ist bei einem solchen Transformator das Übersetzungsverhältnis nicht genau einstellbar, sondern auf eine endliche Zahl von Stufen begrenzt. Schließlich kann man den Transformator nicht für Wechselstrom- und Gleichstromschaltungen verwenden. Man benötigt daher einen Gleichspannungswandler, der ohne die Verwendung eines Transformators eine Erhöhung der Ausgangsspannung vornimmt.

Es sind Dioden-Impulsverstärker bekanntgeworr den, deren Wirkungsweise auf der Speicherung von Ladungsträgern im pn-übergang einer Halbleiterdiode beruht. Durch Ergänzung dieser bekannten Verstärker durch Tiefpaßfilter können auch kontinuierliche Signale verstärkt werden. Solche Diodenverstärker gehören jedoch einem anderen Gattungsbegriff an, da die Induktivitäten der Tiefpaßfilter nicht zur Energiespeicherung dienen und da zusätzlich eine besondere Treiberquelle benötigt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt in der Schaffung eines solchen Gleichspannungswandlers. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Eine zweckmäßige Weiterbildung besteht darin, die Induktivität als angezapfte Drossel auszubilden und den Schalter mit dem Abgriffpunkt zu verbinden, so daß die Spannung am Schalter herabgesetzt ist.

Gegenüber den Gleichspannungswandlern nach dem Stand der Technik zeichnet sich der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler durch eine außerordentliche Einfachheit aus und benötigt wesentlich weniger Bauelemente. Von besonderer Bedeutung ist das dadurch bedingte geringe Gewicht. Ferner werden keine elektromechanischen Bauteile benötigt. Die Schaltfrequenzen des Schalters in dem erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler können verhält-Transformatorloser Gleichspannungswandler

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Burnice Doyle Bedford, Scotia, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 25. Mai 1962 (197 626) - -

nismäßig hoch gewählt werden, was zu einer weiteren räumlichen Verkleinerung führt. Wird der Gleichspannungswandler in einer mit Wechselstrom betriebenen Anlage eingesetzt, was häufig der Fall ist, so ist seine Auslegung von der Frequenz des zur Verfügung stehenden Wechselstroms unabhängig, da der Wechselstrom gleichgerichtet wird, bevor er dem Gleichspannungswandler zugeführt wird.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Gleichspannungswandlers, der mit der Erfindung übereinstimmt; die Schalteinrichtung ist durch einen mechanischen Schalter dargestellt;

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung der Schaltung von F i g. 1, wobei eine Ausführungsart der Schalteinrichtung im einzelnen dargestellt ist;

F i g. 3. zeigt bei konstanter Netzspannung die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von einem Steuerstrom, der dem Eingang der in F i g. 2 dargestellten Schalteinrichtung zugeführt wird;

Fig.4 ist eine schematische Darstellung des Gleichspannungswandlers von Fig. 1, der eine andere Ausführungsart der Schalteinrichtung zeigt;

Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Gleichspannungswandlers, mit dem man eine höhere Ausgangsspannung erreichen kann als mit der Schaltung von F i g. 1.

Der in F i g. 1 dargestellte Gleichspannungswandler besitzt ein Eingangsklemmenpaar 1, 2, das mit

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einer Spannungsquelle verbunden werden kann und der Schaltung die Eingangs- oder Speisespannung E_s zuführt. Die Ausgangsspannung E₁ für den Verbraucher 3 entnimmt man den Ausgangsklemmen 4, 5. Eine lineare Magnetkernspule 6, wie man sie in Siebschaltungen für Netzgeräte verwendet, und eine Sperrdiode 7 liegen zwischen der Eingangsklemme 1 und der Ausgangsklemme 4 in Reihe. Die verbleibenden Klemmen 2 und 5 sind miteinander verbunden und bilden den gemeinsamen Bezugspunkt. Eine Schalteinrichtung 8, die als mechanischer Schalter dargestellt ist, hat eine Klemme gemeinsam mit der Spule 6 und der Diode 7. Die andere Klemme ist mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden. Ein Siebkondensator 9 liegt zwischen den Klemmen 4 und 5 parallel zum Verbraucher 3. Obwohl in dieser vereinfachten schematischen Darstellung die Schalteinrichtung zur besseren Veranschaulichung als mechanischer Schalter dargestellt wird, ist die Schalteinrichtung 8 in Wirklichkeit eine gesteuerte Schaltung, die die Durchlaß- und Sperrzeit eines Schaltelementes regelt, wie später beschrieben wird. Die Spule 6 und die Schalteinrichtung 8 bilden zusammen mit den Eingangsklemmen 1 und 2 eine Eingangsschaltung, die es erlaubt, elektrische Energie von der Spannungsquelle in der Spule 6 aufzuspeichern, wenn die Schalteinrichtung 8 geschlossen ist. Die Schalteinrichtung 8 und die mit ihr in Reihe liegende Diode 7 bilden zusammen mit dem Verbraucher 3 und dem ihm parallelgeschalteten Kondensatoren 9 eine Ausgangsschaltung, die die gespeicherte elektrische Energie von der Spule 6 dem Kondensator 9 und dem Verbraucher 3 zuführt, wenn die Schalteinrichtung 8 geöffnet ist. Wird die Schalteinrichtung 8 in schneller Folge geöffnet und geschlossen oder in den leitenden und nichtleitenden Zustand versetzt, dann fließt von den Eingangsklemmen 1 und 2 über die Siebspule 6 und den Siebkondensator 9 ein geglätteter Strom zum Verbraucher 3.

Um die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers verstehen zu können, seien noch einmal die Voraussetzungen klargestellt, auf denen diese Wirkungsweise beruht. Notwendige Voraussetzung ist, daß die Zeitkonstante L/R der die elektromagnetische Energie speichernden Induktivitat 6 und die Zeitkonstante RC des Verbraucherkreises groß gegenüber den Schließ- und Öffnungszeiten des Schalters 8 sind. Unter diesen Voraussetzungen können alle Strom- und Spannungsänderungen, die durch das Öffnen und Schließen des Schalters bedingt sind, ohne großen Fehler als lineare Änderungen betrachtet werden, da man bei der Reihenentwicklung der an und für sich nach einer Exponentialfunktion verlaufenden Änderungen nach dem ersten, dem linearen Glied abbrechen kann. Dann ist es möglich, die Spannungserhöhung in dem erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler auf folgende Weise durch eine einfache Energiebetrachtung abzuleiten:

Wird der Schalter 8 geschlossen, so wird in der Induktivität 6 elektromagnetische Energie gespeichert. Ist der Schalter 8 dagegen geöffnet, so gibt die Induktivität elektromagnetische Energie an den Verbraucher 3 ab. Ist der Gleichspannungswandler eingeschwungen, befindet er sich also im Gleichgewicht, so ist die in der Induktivität bei geschlossenem Schalter gespeicherte Energiemenge gleich der bei geöffnetem Schalter an den Verbraucher abgegebenen Energiemenge.

Die bei geschlossenem Schalter 8 gespeicherte Energiemenge β berechnet sich zu

= E_s7t_s

(1)

Hierin bedeutet E_s die Eingangsspannung, also die Spannung an der Induktivität 6, 7 den mittleren Strom in der Induktivität und t_sc die Zeitspanne, während der der Schalter 8 geschlossen ist. Es sei daran erinnert, daß deswegen mit dem mittleren Strom 7 gerechnet werden darf, weil die Zeitkonstante der Induktivität so groß ist, daß Stromänderungen während der Zeitspanne, in der der Schalter 8 geschlossen ist, vernachlässigbar klein sind.

Die Energiemenge Q, die während der Zeitspanne an den Verbraucher abgegeben wird, während der der Schalter 8 geöffnet ist, berechnet sich wie folgt:

= (E_L-E_s)lt_s

(2)

Dabei bedeutet E_L die am Verbraucher anliegende Spannung und i_so die Zeitspanne, während der der Schalter 8 geöffnet ist. Es sei noch einmal daran erinnert, daß auch t_s0 klein gegenüber den Zeitkonstanten der Induktivität und im Verbraucherkreis ist.

Gleichsetzen dieser beiden Energiebeträge führt

auf folgenden Ausdruck:

= (E_L-E_s)lt_Si

(3)

Nach Kürzung durch 7 und Auflösung nach E_L ergibt sich folgender Ausdruck:

E_L = E_s + E_s (t_sc/t_so) .

(4)

Wie man dem Ausdruck (4) entnehmen kann, ist die Verbraucherspannung nur dann gleich der Eingangsspannung, wenn der Schalter 8 immer geöffnet bleibt. Hierbei ist jedoch vorausgesetzt, daß die Verluste in der Induktivität vernachlässigbar klein sind. Wird jedoch der Schalter 8 hin- und hergeschaltet, so wird das Verhältnis t_sc/t_s0 größer als Null, und die Verbraucherspannung wächst über die Eingangsspannung an.

Die Verbraucherspannung ist also vom Verhältnis t_sc/t_s0 abhängig". Ein Schaltkreis, mit dem dieses Verhältnis und damit die Verbraucherspannung eingestellt werden kann, wird später noch beschrieben.

Es ist günstig, wenn die Schließzeit t_sc von t_sc = 0 bis i_sc = t_so eingestellt werden kann. Dann ändert sich die Verbraucherspannung E_L von E_L = E_s bis Eι = 2E_S, wie es in der F i g. 3 gezeigt ist. Man kann den Schalter 8 jedoch auch so steuern, daß das Verhältnis t_sc/t_so größer als Eins wird, so daß die Verbraucherspannung noch über 2E_S ansteigt. In einem solchen Fall sind jedoch die auftretenden Verluste größer als in üblichen Konverterschaltungen mit Transformatoren, so daß die in den Fig. 2, 1 und 4 dargestellten Schaltungen im allgemeinen nur für solche Gleichspannungswandler verwendet werden sollten, bei denen die Ausgangsspannungen das Doppelte der Eingangsspannung nicht übersteigen.

Die Verluste in den Bauelementen von F i g. 1 bewirken, daß die Ausgangsspannung E_L etwas kleiner ist, als es vorn gesagt wird. Der kleinste Induktivitätswert der Spule 6 wird durch die Schalteinrichtung 8 bestimmt, da bei zu kleiner Induktivität die Welligkeit des Stromse i_s zu groß wird und ein richtiges Arbeiten der Schalteinrichtung 8 verhindert.

Der Kondensator 9 vermindert die Welligkeit des Verbraucherstromes. Die Diode 7 bewirkt, daß der Kondensator 9 sich nur über den Verbraucherkreis entlädt. Die Spule 6 dient zur Glättung des Stromes und zur Erhöhung der Ausgangsspannung. Der geglättete Strom hat eine wirksame Entkopplung zwischen der Eingangsspannungsquelle und dem Leistungsverstärker zur Folge, wobei alle Störungen, die von der einen Schaltung in die andere gelangen könnten, vermindert werden.

F i g. 2 zeigt eine Ausführung der Schalteinrichtung 8, die durch verschiedene Schaltungen verwirklicht werden kann. Die Anforderungen an solch eine Schaltung sind, daß sie während vorher bestimmter Zeiten i_sc und t_so vollständig leitend oder nichtleitend ist und daß die Schaltvorgänge widerspruchsfrei erfolgen. Außerdem muß die Schalteinrichtung den Leitungsstrom i_s einschalten und unterbrechen können. Ein in einer Richtung leitendes Schaltelement, dessen Durchlaß- und Sperrzeit genau einstellbar sind, kann zur Durchführung der Schaltvorgänge verwendet werden. Gut geeignet ist ein gesteuerter Siliziumgleichrichter 10, der eine Steuerelektrode 11, eine Kathode und eine Anode besitzt. Ein üblicher gesteuerter Siliziumgleichrichter ist ein pnpn-Halbleiterschalter. Er besitzt ähnliche Eigenschaften wie ein gasgefülltes Thyratron oder Ignitron, bei denen die Steuerelektrode ihre Steuerfähigkeit verliert, sobald durch ein kleines Steuersignal an der Steuerelektrode das Schaltelement in den leitenden Zustand versetzt wurde. Bei einem kürzlich entwickelten Gleichrichter behält die Steuerelektrode ihre Steuerfähigkeit.

Der gesteuerte Gleichrichter 10 wird durch das Signal einer Steuerspannungsquelle 12 in den leitenden Zustand versetzt. Die von' der Steuerspannungsquelle 12 erzeugten Steuerimpulse werden mit einer festen Folgefrequenz der Steuerelektrode 11 zugeführt. Die Steuerspannungsquelle 12 kann aus irgendeinem Rechteck- oder Impulsgenerator bestehen, der in der Lage ist, die Steuerimpulse mit einer konstanten Frequenz, z. B. 2000 Hz, zu erzeugen, und dessen Impulslänge ausreicht, um den gesteuerten Gleichrichter 10 in den leitenden Zustand zu versetzen. Die Steuerspannungsquelle kann auch ein üblicher Unijunctiontransistor-Oszillator sein.

Der gesteuerte Gleichrichter 10 wird durch eine Steuerschaltung gesperrt, die dem Gleichrichter parallel geschaltet ist. Der Ladekondensator 13 und die sättigungsfähige Spule 14, die in Reihe geschaltet sind, bilden einen Teil der Steuerschaltung und dienen zur Sperrung des Gleichrichters. Die Durchlaßzeit des Gleichrichters 10 wird durch eine Schaltung gesteuert, die einen sättigungsfähigeh Eisenkerntransformator besitzt, der eine Primärwicklung 15 und eine Sekundärwicklung 16 hat. Das eine Ende der Sekundärwicklung ist über eine Sperrdiode 17 mit der sättigungsfähigen Spule 14 und dem Ladekondensator 13 verbunden. Die Spule 14 und der Transformator 15, 16 haben im wesentlichen eine rechteckige Hystereseschleife. Der Primärwicklung 15 des Transformators wird ein Steuerstrom I_c zugeführt.

Die Steuerschaltung bewirkt, daß regelmäßig eine Sperrspannung vom Kodensator 13 an den gesteuerten Gleichrichter 10 gelegt wird, um dessen Stromrichtung umzukehren und ihn zu sperren. Im folgenden wird die Betriebsperiode für den Steuerstrom Ic — 0 betrachtet. Kurz bevor der gesteuerte Gleichrichter 10 durch einen Impuls von der Steuerspannungsquelle 12 geöffnet wird, ist das Potential des Ladekondensators an seinem punktierten Ende negativ, und die Spule 14 und der Transformator 15, 16 sind durch die vorangegangenen Betriebsperioden remanent negativ bzw. positiv gesättigt. Sobald der Gleichrichter 10 geöffnet ist, wird die Spannung des Kondensators 13 an die Spule 14 und an die Sekundärwicklung 16 des Transformators gelegt. Dabei fließt ein kleiner Magnetisierungsstrom, der die Spule 14 in die positive Sättigung bringt. Sobald die Spule positiv gesättigt ist, dreht sich die Spannung am Kondensator 13 um und versucht, die Spule in die negative Sättigung zu treiben. Dies beruht auf der Schwingfähigkeit des Kondensators 13 und der gesättigten Induktivität der Spule 14. Beim Erreichen der negativen Sättigung wird die Spannung des Kondensators fast vollständig an die Anode des gesteuerten Gleichrichters 10 gelegt, da die Impedanz der gesättigten Spule 14 vernachlässigbar klein ist. Diese Spannung bewirkt eine Umkehrung der Stromrichtung im Gleichrichter 10. Dadurch wird der Gleichrichter gesperrt. Die Durchlaßzeit des gesteuerten Gleichrichters wird bestimmt durch die Zeit, die benötigt wird, um die Spule 14 von der negativen in die positive Sättigung und dann wieder zurück in die negative Sättigung zu bringen. Dieser Zeitraum ist genau festgelegt und beruht auf den Kenngrößen der sättigungsfähigen Spule.

Zur Steuerung der Durchlaßzeit des gesteuerten Gleichrichters 10 dient der sättigungsfähige Transformator 15, 16 und die Sperrdiode 17. Führt man der Primärwicklung 15 des Transformators den Höchstwert des Steuerstromes I_c von etwa 150 mA zu, dann wird die Sekundärwicklung 16 des Transformators von der negativen Sättigung fast bis in die positive Sättigung gebracht, während die Spule 14 von der negativen in die positive Sättigung übergeht, wie es vorn beschrieben wird. Sobald die Spule 14 positiv gesättigt ist, kehrt die Spannung am Kondensator 13 ihre Richtung um und bewirkt, daß die Spule 14 sofort wieder der negativen Sättigung zustrebt, wie es oben beschrieben ist. Diese plötzliche Richtungsumkehr betrifft jedoch nicht die Sekundärwicklung 16 des Transformators, da die Sperrdiode 17 eine Stromrichtungsumkehr verhindert. Die Sekundärwicklung 16 muß durch den Steuerstrom I_c in die negative Sättigung zurückgebracht werden.

F i g. 3 zeigt die Abhängigkeit der Ausgangsspannung E_L von dem Steuerstrom I_c des in F i g. 2 dargestellten Leistungsverstärkers. Der Kennlinie kann man entnehmen, daß bei einer Verminderung des Steuerstromes I_c auf irgendeinen Zwischenwert, z. B. 20 mA, die Schaltung auf dem abfallenden Teil der Kennlinie arbeitet und die Ausgangsspannung E_L-proportional vermindert wird. Die Verminderung der Ausgangsspannung ist darauf zurückzuführen, daß der kleinere Steuerstrom, der der Primärwicklung 15 des Transformators zugeführt wird, die Sekundärwicklung 16 nicht mehr bis in die negative Sättigung bringen kann, bevor durch die Steuerspannungsquelle 12 die nächste Betriebsperiode eingeleitet wird. Eine Folge hiervon ist, daß, sobald der gesteuerte Gleichrichter 10 durch die Steuerspannungsquelle 12 in.den leitenden Zustand versetzt ist, der Ladestrom wesentlich schneller die Sekundärwicklung 16 in die positive Sättigung bringt und der Kondensator bereits ungeladen ist, bevor die Spule die positive Sättigung er-

reicht. Die Umkehr der Spannung am Kondensator 13 bewirkt sofort einen Stromwechsel in der Spule 14, so daß die Spule wieder in die negative Sättigung zurückkehrt. Dabei wird eine kleinere Hystereseschleife durchlaufen. Sobald die Spule 14 negativ gesättigt ist, wird die Spannung des Kondensators 13 an den gesteuerten Gleichrichter 10 gelegt. Dabei kehrt sich seine Stromrichtung um, und der Gleichrichter wird gesperrt, wie es vorn beschrieben ist. Die Sperrung des Gleichrichters erfolgt nun früher, da die Spule 14 nur eine kleine Hystereseschleife durchläuft. Die kürzere Durchlaßzeit (kleineres Verhältnis t_sc/t_So) bewirkt, daß weniger elektrische Energie in der Spule 6 gespeichert wird. Dadurch wird auch weniger elektrische Energie dem Verbraucher 3 zügeführt und die Ausgangsspannung E_L auf etwa 200 V vermindert. Der Kennlinie kann man entnehmen, daß dieser Spannung ein Steuerstrom von 20 mA entspricht. Der sättigungsfähige Transformator 15, 16 steuert somit die Länge der Zeit, die die Spule 14 benötigt, um in die negative Sättigung zu gelangen. Während dieser Zeit ist der gesteuerte Gleichrichter gesperrt.

Die in F i g. 4 gezeigte Erfindung zeigt eine andere Schaltung, die man für die Schalteinrichtung 8 in F i g. 1 verwenden kann. Bei der in F i g. 4 gezeigten Schaltung ist die Durchlaßzeit des gesteuerten Gleichrichters 10 festgelegt und die Schaltfrequenz einstellbar. Die Steuerspannungsquelle 12 ist in F i g. 4 als Steuerschaltung dargestellt, während die Schaltung, die den Gleichrichter sperrt, aus festen Bauelementen aufgebaut ist, nämlich aus dem Kondensator 13 und der sättigungsfähigen Spule 14. Die Schaltung von F i g. 4 besitzt daher einen regelbaren Unijunctiontransistor-Frequenzoszillator. Die festgesetzte Durchlaßzeit des Gleichrichters wird durch den Kondensator 13 und die Spule 14 bestimmt. Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß man mit Hilfe der veränderlichen Frequenz des Transistoroszillators noch bei sehr tiefen Frequenzen arbeiten kann. Die Regelung der Ausgangsspannung E_L ist dabei genauer, insbesondere bei Verhältnissen EJE₅, die sich Eins nähern. Diese genaue Regelung bei kleinen Verhältnissen EJE₅ kann man mit der Steuerschaltung von F i g. 2 nicht erreichen, da man eine gewisse Zeit benötigt, um den Gleichrichter zu sperren, und das Verhältnis t_sc/t_so nicht hinreichend klein gemacht werden kann.

Die veränderliche Steuerspannungsquelle 12 besitzt einen Unijunctiontransistor 18. Sie arbeitet wie ein üblicher Impulsoszillator, der Steuersignale für die Steuerelektrode 11 des gesteuerten Gleichrichters 10 liefert. Der Gleichrichter wird dabei zu vorher festgelegten Zeiten geöffnet, die durch die Frequenz des Unijunctiontransistor-Oszillators festgelegt sind. Die Frequenz wird bestimmt durch den Widerstand 19 und den Kondensator 20, die in Reihe geschaltet sind. Der Verbindungspunkt dieser beiden Bauelemente ist mit dem Emitter des Unijunctiontransistors 18 verbunden. Die Reihenschaltung mit dem Transistor 21, dessen Kollektor mit dem anderen Ende des Widerstandes 19 verbunden ist, und mit der Diode 22, die mit dem Emitter des Transistors 21 verbunden ist, bestimmt die vorher festgesetzte Stromaufnahme des Kondensators 20, wobei die Frequenz des Unijunctiontransistor-Oszillators genau festgelegt wird. Durch diese genaue Steuerung kann die Oszillatorfrequenz von 0 bis 3 kHz eingestellt werden. Man erhält dabei einen beträchtlichen Regelbereich der Ausgangsspannung gegenüber der Versorgungsspannung.

Der mit dem Widerstand 24 in Reihe liegende Transistor 23, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 21 verbunden ist, arbeitet als Potentiometer und legt den Arbeitspunkt des Transistors 21 fest. Eine Steuerspannung E_c wird über einen Strombegrenzungswiderstand 25 an die Basis des Transistors 23 gelegt. Diese Steuerspannung stellt den Arbeitspunkt des Transistors 23, der dann den Arbeitspunkt des Transistors 21 bestimmt, wodurch die Frequenz der Unijunctiontransistor-Oszillatorschalttung festgelegt wird. Wenn die Steuerspannung E_C = Q ist, dann sind die Transistoren 23 und 21 gesperrt, und die Frequenz der Transistor-Oszillatorschaltung ist Null. Die Ausgangsspannung E_L ist dann gleich der Speisespannung E₅. Die Diode 22 bewirkt, daß der Transistor 21 bei der Steuerspannung Eq = Q stets gesperrt ist, unabhängig von irgendwelchen Temperaturänderungen innerhalb der Schaltung. Steigt die Steuerspannung E_c in positive Richtung an, dann werden die Transistoren 23 und 21 immer mehr leitend, und die Frequenz des Unijunctiontransistor-Oszillators nimmt zu. Auf diese Weise regelt die Steuerspannung E_c die Frequenz des Oszillators, der dann wiederum die Ausgangsspannung E₁ steuert. Ein Spannungsteiler mit den Widerständen 26 und 27, der zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 liegt, versorgt die Transistorschaltung mit der notwendigen Speisespannung. Der Widerstand 28 ist mit dem einen Basisanschluß des Unijunctiontransistors 18 verbunden und begrenzt dessen Basisstrom. Die Ausgangsspannung des Oszillators fällt am Widerstand 29 ab, der mit dem anderen Basisanschluß des Unijunctiontransistors 18 und mit der Steuerelektrode 11 des Gleichrichters 10 verbunden ist.

F i g. 5 zeigt eine Abänderung 'der vereinfachten Schaltung von F i g. 1. Mit der abgeänderten Schaltung kann man eine Ausgangsspannung E_L erhalten, die wesentlich größer als die Speisespannung E_s ist. Obwohl man mit der Schaltung von Fig. 1 Ausgangsspannungen herstellen kann, die mehr als zweimal so groß sind wie die Speisespannung, ist diese Schaltung für so hohe Spannungen nicht geeignet, da an der Schalteinrichtung 8 die gesamte Ausgangsspannung liegt und dabei die maximalen Spitzenspannungen der Halbleiterbauelemente überschritten werden können. Durch einen Abgriff an der Spule 6 kann man die Spannung an der Schalteinrichtung 8 vermindern. Die Ausgangsspannung kann dann ein Mehrfaches der Speisespannung betragen. Durch eine Spule mit Abgriff kann man bei einer Eingangsspannung von 125 V sehr leicht eine Ausgangsspannung von 750 V herstellen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Transformatorloser Gleichspannungswandler mit einem eine Induktivität an eine Gleichstromquelle anschließenden Schalter, der den das Magnetfeld der Induktivität aufbauenden Strom steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) einen steuerbaren Gleichrichter (10) enthält, der in vorgegebenen Zeitintervallen von einer Steuereinrichtung (12) einschaltbar und von einer Umschalteinrichtung (13 bis 17) ausschaltbar ist, und daß die Zeitkonstante LIR der In-

duktivität (6) und die Zeitkonstante RC des Verbrauchers (3) groß gegenüber den Schaltzeiten des Schalters (8) sind.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (6) als angezapfte Drossel (F i g. 5) ausgebildet ist und der Schalter (8) mit dem Abgriffpunkt verbunden ist, so daß die Spitzenspannung am Schalter (8) herabgesetzt wird.

3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glättungskondensator (9) parallel zum Verbraucher (3) und ein Gleichrichter (7) in Serie zwischen die Induktivität (6) und den Verbraucher geschaltet ist.

IO

4. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (13 bis 17) eine sättigbare, in Serie zwischen die Induktivität (6) und den Umschaltkondensator (13) geschaltete Drossel (14) enthält, deren Mittelanzapfung mit dem steuerbaren Gleichrichter (10) verbunden ist (Fig. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:

»IRE Transactions on Electron Devices«, 1959, S. 341 bis 346.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 203 838.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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