DE1563320C

DE1563320C - Tunnel diode inverter

Info

Publication number: DE1563320C
Authority: DE
Inventors: Rubin Somerville N.J.(V.St.A.) Feryszka
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Publication date: 1971-07-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tunneldioden-Wechselrichter, welcher auf einem sättigbaren Magnetkern eine Primär- und eine belastbare Sekundärwicklung aufweist.The invention relates to a tunnel diode inverter which is based on a saturable magnetic core has a primary and a loadable secondary winding.

Ein derartiger Wechselrichter ist aus der USA.-Patentschrift 3167 723 bekannt. Der bekannte Tunneldioden-Wechselrichter ist bei Änderungen seiner Belastung nicht frequenzstabil. Die Polarität des Ausgangssignals des Tunneldioden-Wechselrichters ändert sich bei Sättigung seines sättigbaren *° Kernes und, da sich die Zeit zwischen Sättigungen des sättigbaren Kernes mit der Belastung ändert, ändert sich auch die Frequenz des Wechselrichters, wenn sich die Belastung am Tunneldioden-Wechselrichter ändert. Bei einem solchen Tunneldioden-Wechselrichter ist ferner die Frequenz des Wechselrichters unter normalen Belastungsverhältnissen unmittelbar proportional seiner Ausgangsspannung. Da aber die Ausgangsspannung abnimmt, wenn die am Wechselrichter anliegende Belastung steigt, nimmt die Frequenz des Wechselrichters mit steigender Belastung ab. Weiterhin kann sogar eine Überbelastung eine Sättigung des Kernes verhindern; die Uberbelastung selbst bestimmt die Zeit der Verschiebung des Stromflusses von einer Tunneldiode zur anderen und damit die Frequenz des Wechselrichters. Der Tunneldioden-Wechselrichter ändert infolgedessen seine Frequenz, wenn sich seine Belastung ändert. Für die meisten praktischen Zwecke ist es erwünscht, daß der durch den Tunneldioden-Wechselrichter erzeugte Wechselstrom in seiner Frequenz konstant ist.Such an inverter is known from US Pat. No. 3,167,723. The known The frequency of the tunnel diode inverter is not stable when its load changes. The polarity of the output signal of the tunnel diode inverter changes when its saturable * ° is saturated Core and, since the time between saturations of the saturable core changes with the load, the frequency of the inverter also changes if the load on the tunnel diode inverter changes changes. In the case of such a tunnel diode inverter, the frequency of the inverter is also important under normal load conditions directly proportional to its output voltage. There but the output voltage decreases, when the load on the inverter increases, the decreases Frequency of the inverter decreases with increasing load. Furthermore, there can even be an overload prevent core saturation; the overload itself determines the time of the shift the current flow from one tunnel diode to the other and thus the frequency of the inverter. the As a result, the tunnel diode inverter changes its frequency when its load changes. For most practical purposes it is desirable that the generated by the tunnel diode inverter Alternating current is constant in frequency.

Zur Erzielung einer konstanten Frequenz der Ausgangsspannung ist bei einem Tunneldioden-Wechselrichter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, die den Wechselrichter periodisch kurzzeitig mit einer Frequenz überlastet, die größer als die größte überhaupt durch eine Belastung auftretende Frequenz des Wechselrichters ist.In order to achieve a constant frequency of the output voltage is with a tunnel diode inverter of the type mentioned, according to the invention, a device is provided that the inverter periodically overloaded for a short time with a frequency that is greater than the greatest ever by a Load occurring frequency of the inverter.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist eine weitere Wicklung auf dem sättigbaren Magnetkern angeordnet, die periodisch kurzzeitig kurzgeschlossen wird, wobei die Frequenz der Kurzschlußimpulse doppelt so groß ist wie die größte überhaupt durch eine Belastung auftretende Frequenz des Wechselrichters. According to one embodiment of the invention, there is a further winding on the saturable magnetic core arranged, which is periodically short-circuited, the frequency of the short-circuit pulses is twice as large as the highest frequency of the inverter ever occurring due to a load.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist ein transistorierter Kurzschlußschalter für die weitere Wicklung vorgesehen. Da der Schalter selbst keinen Netzanschluß und keine Vorspannung benötigt und da der Schalter nur für eine sehr kurze Zeitdauer während jedes Zyklus geschlossen wird, ergibt sich durch diesen nur ein minimaler Energieverlust.According to a further embodiment of the invention is a transistorized short-circuit switch for the other Winding provided. Since the switch itself does not require a mains connection and no bias voltage and since the switch is only closed for a very short period of time during each cycle, it results through this only a minimal loss of energy.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden sowohl hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Arbeitsweise als auch hinsichtlich weiterer Ziele und Vorteile an Hand der Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Schaltbild darstellt.The subject of the invention will be described below both in terms of its structure and its mode of operation as well as with regard to further goals and advantages described in more detail on the basis of the drawing, the single figure of which represents an exemplary embodiment of the invention in a circuit diagram.

Der in seiner Frequenz konstantzuhaltende Tunneldioden-Wechselrichter 10 umfaßt einen Transformator 12 mit einer Primärwicklung 14 und einer Sekundärwicklung 16, die beide auf einen sättigbaren Kern 18 gewickelt sind. Die Kathoden eines Paares von Tunneldioden 20 sind miteinander und über eine Niederspannungsquelle 22, welche eine thermoelektrische oder thermische Quelle sein kann, mit der Mittelanzapfung der Primärwicklung 14 verbunden.The frequency of the tunnel diode inverter to be kept constant 10 includes a transformer 12 having a primary winding 14 and a secondary winding 16, both of which are wound on a saturable core 18. The cathodes of a pair of Tunnel diodes 20 are connected to each other and via a low voltage source 22, which is a thermoelectric or thermal source can be connected to the center tap of the primary winding 14.

Die Anoden der Tunneldioden 20 sind jeweils an die Enden der Primärwicklung 14 angeschlossen.The anodes of the tunnel diodes 20 are each connected to the ends of the primary winding 14.

Der Tunneldioden-Wechselrichter 10 arbeitet wie folgt: Wenn ein Strom'-von der Quelle 22 durch die beiden Tunneldioden 20 zu fließen beginnt, wie z. B. dann, wenn der Kreis erstmals angeschlossen oder eingeschaltet wird, fließt durch eine Tunneldiode 20 ein stärkerer Strom als durch die andere, was durch eine geringere Abweichung der Symmetrie der Dioden oder ihres Kreises bedingt wird. Infolgedessen werden entgegengesetzt gepolte Spannungen in den beiden Hälften der Primärwicklung 14 induziert, wobei eine dieser Spannungen höher als die andere ist. Die den stärkeren Strom führende Tunneldiode befindet sich in ihrem Arbeitszustand niedriger Spannung und großen Stromes, und die andere Tunneldiode wird durch die in die Transformatorwicklung 14 induzierte und an sie angelegte Spannung in ihren Arbeitszustand hoher Spannung und kleinen Stromes gebracht. Wenn der durch eine Hälfte der Primärwicklung 14 fließende Strom weiterhin in seinem Wert zunimmt, wird ein Zeitpunkt erreicht, zu dem der Kern 18 gesättigt ist. Zu dieser Zeit fällt die an der Primärwicklung 14 liegende Spannung auf Null, und diejenige Tunneldiode, die sich in ihrem Arbeitszustand hoher Spannung und kleinen Stromes befindet, schwingt in ihren Zustand großen Stromes und niedriger Spannung und nimmt über ihre Hälfte der Primärwicklung 14 einen ausreichenden Strom ab, um die andere Tunneldiode 20 in ihren Zustand hoher Spannung und kleinen Stromes zu bringen. Der Stromfluß durch die Tunneldiode großen Stromes und niedriger Spannung nimmt zu und sättigt wiederum den Kern 18. Bei der nächsten Sättigung des Kernes 18 kehren die beiden Tunneldioden 20 erneut ihre Zustände um, wodurch die beschriebene Schaltung als Wechselrichter arbeitet. Die Sekundärwicklung 16 des Transformators kann die von der Quelle 22 über die Transformatorwicklung 14 zugeführte Spannung auf irgendeinen gewünschten Wert transformieren, so daß also eine nicht gezeigte Belastung, die hohe Spannungen verlangt, von der Niederspannungsquelle 22 aus versorgt werden kann.The tunnel diode inverter 10 operates as follows: When a current '-from the source 22 through the two tunnel diodes 20 begins to flow, such as. B. when the circle is first connected or is switched on, a stronger current flows through one tunnel diode 20 than through the other, which is through a smaller deviation in the symmetry of the diodes or their circle is required. As a result will be oppositely polarized voltages induced in the two halves of the primary winding 14, with one this tension is higher than the other. The tunnel diode carrying the stronger current is located in their working state of low voltage and high current, and the other tunnel diode will into their working state by the voltage induced in the transformer winding 14 and applied to it high voltage and low current. When the through one half of the primary winding 14 If the current flowing continues to increase in value, a point in time is reached at which the core 18 is saturated is. At this time, the voltage across the primary winding 14 drops to zero, and that Tunnel diode, which is in its working state of high voltage and low current, oscillates in their high current and low voltage state and takes up over half of their primary winding 14 draws sufficient current to keep the other tunnel diode 20 in its high voltage state and to bring a small stream. The current flow through the tunnel diode is large and lower Voltage increases and again saturates the core 18. The next time the core 18 saturates, sweep the two tunnel diodes 20 again to change their states, whereby the circuit described as an inverter is working. The secondary winding 16 of the transformer can be obtained from the source 22 via the Transformer winding 14 transform the voltage supplied to any desired value, so that that is, a load, not shown, which requires high voltages, from the low-voltage source 22 can be supplied.

Da die Richtungsumkehr des Stromflusses des Wechselrichters von der Zeit abhängt, zu der der Kern 18 gesättigt wird, was selbst von dem von der nicht gezeigten Belastung verlangten Strom abhängt, ändert sich die Frequenz des an der Sekundärwicklung 16 erscheinenden Ausgangssignals des Wechselrichters 10 bei Änderungen der Belastung. Falls die von der Sekundärwicklung 16 aufgenommene Belastung so groß ist, daß eine Sättigung des Kernes 18 verhindert wird, dann erfolgt ferner eine Verschiebung des Stromes von einer Tunneldiode 20 zur anderen wie folgt: Die Tunneldiode 20 hohen Stromes und niedriger Spannung kann nicht mehr als ihren Spitzenstrom führen, weshalb die Tunneldiode niedriger Spannung und hohen Stromes dann, wenn die an die Ausgangswicklung 16 angeschlossene nicht gezeigte Belastung einen größeren Strom als den Niederspannungs-Spitzenstrom der Tunneldiode verlangt, von ihrem Zustand niedriger Spannung und hohen Stromes in ihren Zustand hoher Spannung und niedrigen Stromes überspringt, wobei sich bei der anderen Tunneldiode 20 ein Strom aufbaut. Das bedeutet, daß die Überbelastung selbst eine Verschiebung des Stromflusses von einer Tunneldiode zur anderen bewirkt. Gemäß der Erfindung ist eine nochSince the direction reversal of the current flow of the inverter depends on the time at which the Core 18 becomes saturated, which itself depends on the current required by the load, not shown, the frequency of the output signal of the inverter appearing at the secondary winding 16 changes 10 when the load changes. If the load absorbed by the secondary winding 16 is so large that the core 18 is prevented from being saturated, then a shift also takes place of the current from one tunnel diode 20 to the other as follows: The tunnel diode 20 of high current and low voltage cannot carry more than its peak current, which is why the tunnel diode low voltage and high current when the on the output winding 16 connected load, not shown, a greater current than the low-voltage peak current the tunnel diode requires from its low voltage and high current state to its high voltage and state skips low current, with the other tunnel diode 20 a current builds up. That means, that the overload itself is a shift in the flow of current from a tunnel diode to other causes. According to the invention is one more

zu beschreibende Vorrichtung zur periodischen, kurzfristigen Überbelastung des Tunneldioden-Wechselrichters vorgesehen, um die Frequenz des Wechselrichters-10 im Hinblick auf Änderungen der an ihm anliegenden Belastung konstantzuhalten.Device to be described for periodic, short-term overloading of the tunnel diode inverter provided to the frequency of the inverter-10 with a view to changes in it to keep the applied load constant.

Die Vorrichtung 23 zur Frequenzkonstanthaltung umfaßt eine weitere, d. h. dritte Wicklung 24, auf dem sättigbaren Kern 18 des Transformators 12. Die Enden der Wicklung 24 sind jeweils an die Kollektoren eines Paares von Transistoren 26 angeschlossen, deren Emitter miteinander und mit Erde verbunden sind. Die Basiselektroden der Transistoren 26 sind über eine Sekundärwicklung eines Eingangstransformators 30 miteinander verbunden, und die Mittelanzapfung dieser Sekundärspule ist an Erde angeschlossen. Eine Steuerwechselspannung 32, die vorteilhaft Rechteckform aufweist, wird an die Primärwicklung des Transformators 30 angelegt. Die Frequenz der Steuerwechselspannung 32 kann irgendeinen gewünschten Wert haben, aber sie sollte höher sein als jedwede Frequenz des Tunneldioden-Wechselrichters 10, die bei Abwesenheit der beschriebenen Vorrichtung zur Frequenzkonstanthaltung bei Änderungen der Belastung des Wechselrichters auftreten würde.The device 23 for keeping the frequency constant comprises a further, i. H. third winding 24 on the saturable core 18 of the transformer 12. The ends of the winding 24 are each connected to the collectors of a pair of transistors 26, the emitters of which are connected to each other and to ground are. The base electrodes of transistors 26 are across a secondary winding of an input transformer 30 are connected together, and the center tap of this secondary coil is connected to earth. An alternating control voltage 32, which advantageously has a rectangular shape, is applied to the primary winding of the transformer 30 is applied. The frequency of the AC control voltage 32 can be any desired value, but it should be higher than any frequency of the tunnel diode inverter 10, which in the absence of the device described for maintaining a constant frequency in the event of changes the load on the inverter would occur.

Die Vorrichtung 23, die keine Spannungs- oder Vorspannungsversorgung benötigt, arbeitet als eine Kurzschlußeinrichtung für die Wicklung 24, wodurch der Tunneldioden-Oszillator 10 zweimal bei jedem Zyklus der Steuerwechselspannung 32 überbelastet wird. Bei Abwesenheit einer Steuerwechselspannung 32 ist keiner der Transistoren 26 leitend, und die Transistoren 26 verursachen einen offenen Stromkreis für die in der dritten Wicklung 24 induzierte Spannung. Bei Anlegen der Steuerwechselspannung 32 wird an den einen Transistor 26 eine Steuerspannung, durch die dieser leitend wird, und an den anderen Transistor 26 eine Steuerspannung geliefert, um diesen nichtleitend zu machen. Während des Pendels der Steuerwechselspannung 32 von einer Polarität zur anderen sind jedoch für einen sehr kurzen Augenblick beide Transistoren 26 zweimal je Periode der Steuerwechselspannung 32 leitend. Wenn man annimmt, daß beispielsweise ein Transistor 26 leitend und der andere nichtleitend ist, bleibt der leitende Transistor weiterhin leitend bis seine Basis-Emitter-Spannung einen Punkt erreicht, an dem er nichtleitend wird, während der andere nichtleitende Transistor leitend wirdj: bevor der erste Transistor nichtleitend wird. Während dieser kurzen Zeitspanne, zu der beide Transistoren 26 leitend sind, ist die weitere Wicklung 24 durch die beiden in Reihe liegenden Transistoren 26 kurzgeschlossen. Durch den Kurzschluß der weiteren Wicklung 24 wird der Tunneldioden-Wechselrichter 10 überbelastet, und hierdurch kehren sich, wie oben erläutert, die Leitzustände der Tunneldioden 20 um, und hierdurch kehrt sich ebenfalls die Polarität des Ausgangssignals des Tunneldioden-Wechselrichters 10 um. Dieser Kurzschluß erfolgt zweimal in jeder Periode der Steuerwechselspannung 32, d. h. mit einer Folge, die gleich dem doppelten der Frequenz der Steuerwechselspannung 32 ist, wodurch die Polarität des Ausgangssignals des Tunneldioden-Wechselrichters 10 sich zweimal in jeder Periode der Steuerwechselspannung 32 umkehrt. Die Ausgangsfrequenz des Tunneldioden-Wechselrichters 10 ist auf die Frequenz der Steuerwechselspannung 32 stabilisiert. Da die Frequenz der Steuerwechselspannung 32The device 23, which does not require a voltage or bias supply, operates as one Short-circuit device for the winding 24, whereby the tunnel diode oscillator 10 twice for each Cycle of the AC control voltage 32 is overloaded. In the absence of an alternating control voltage 32, none of the transistors 26 is conductive, and the transistors 26 cause an open circuit for the voltage induced in the third winding 24. When applying the AC control voltage 32 a control voltage is applied to one transistor 26, which makes it conductive, and to the other Transistor 26 is supplied with a control voltage to make it non-conductive. During the pendulum of the AC control voltage 32 are from one polarity to the other for a very brief moment both transistors 26 conductive twice per period of the AC control voltage 32. If you assume for example that one transistor 26 is conductive and the other is non-conductive, the conductive transistor remains continues to conduct until its base-emitter voltage reaches a point at which it becomes non-conductive, while the other non-conductive transistor becomes conductive j: before the first transistor becomes non-conductive. During this short period of time during which both transistors 26 are conductive, the further winding is active 24 short-circuited by the two transistors 26 in series. By short-circuiting the other Winding 24, the tunnel diode inverter 10 is overloaded, and as a result, As explained above, the conduction states of the tunnel diodes 20 are reversed, and this also reverses the polarity of the output signal of the tunnel diode inverter 10. This short circuit occurs twice in each period of the AC control voltage 32, i. H. with a sequence equal to twice the frequency of the AC control voltage 32, thereby changing the polarity of the output signal of the tunnel diode inverter 10 is reversed twice in each cycle of the AC control voltage 32. The output frequency of the tunnel diode inverter 10 is stabilized to the frequency of the AC control voltage 32. Since the frequency of the AC control voltage 32

ίο höher gewählt ist, als jegliche Frequenz, welche der Tunneldioden-Wechselrichter bei Änderungen seiner Belastung aufweist, ist die Ausgangsfrequenz des Tunneldioden-Wechselrichters durch die Steuerwelle bestimmt.ίο is chosen higher than any frequency which the If the tunnel diode inverter exhibits changes in its load, the output frequency is the Tunnel diode inverter determined by the control shaft.

Bei der Vorrichtung zur Frequenzkonstanthaltung eines Tunneldioden-Wechselrichters sind Abwandlungen möglich. Wenn auch eine transistorisierte Vorrichtung für den kurzfristigen und periodischen Kurzschluß der weiteren Wicklung 24 beschrieben ist,There are modifications to the device for keeping the frequency of a tunnel diode inverter constant possible. Albeit a transistorized device for the short-term and periodic Short circuit of the further winding 24 is described,

so um hierdurch den Tunneldioden-Wechselrichter 10 zwecks Steuerung seiner Frequenz überzubelasten, so kann diese Vorrichtung durch andere Einrichtungen ersetzt werden. Beispielsweise kann die weitere Wicklung 24 durch einen Drehschalter mit kurzfristig sich schließenden Kontakten momentan kurzgeschlossen werden.so in this way the tunnel diode inverter 10 for the purpose of controlling its frequency, this device can be overloaded by other devices be replaced. For example, the further winding 24 can be activated for a short time by means of a rotary switch closing contacts are momentarily short-circuited.

Claims

Patent claims:

1. Tunnel diode inverter, which has a primary and a has a loadable secondary winding, characterized in that a device (23) is provided that the inverter periodically briefly with a frequency overloaded, which is greater than the greatest frequency of the Inverter.

2. Inverter according to claim 1, characterized in that a further winding (24) is arranged on the saturable magnetic core (18), which is periodically short-circuited and that the frequency of the short-circuit pulses is twice as great as the largest ever Frequency of the inverter caused by a load.

3. Inverter according to claim 1 or 2, characterized in that the end points of the further winding (24) over the emitter-collector sections of two oppositely connected in series Transistors (26) are interconnected and that the bases of the two transistors (26) with the end points of a secondary winding of a transformer (30) with a center tap are connected, which in turn with the connection point of the emitter of the two transistors (26) is connected, and that also the primary winding of the transformer (30) the short circuit the further winding (24) triggering control pulses (32) are supplied.

1 sheet of drawings