DE1933535A1 - Schaltungsanordnung zur Energieuebertragung mit einem Transformator - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Energieuebertragung mit einem Transformator

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Description

Anmelderin: Stuttgart, den 30. Juni 1969
Hughes Aircraft Company P 1998 B/kg Gentinela and Teale Street
Culver City, Calif., V.St.A.
Schaltungsanordnung zur Energieübertragung mit einem Transformator
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Energieübertragung mit einem eine Primärwicklung mit Eingangsklemmen und eine Sekundärwicklung mit Ausgangsklemmen aufweisenden Transformator, einer an die Primärwicklung angekoppelten Energiequelle und einem an die Sekundärwicklung angekoppelten Verbraucher.
In Hochspannungs-Netzgeräten, wie sie beispielsweise zum Aufladen von Impulsformern von Laser-Entfernungsmeßgeräten oder zum Aufladen von Energiespeichern ver-
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wendet v/erden, führen der schlechte Wirkungsgrad und Schalt-Ausgleichsvorgänge zu schwierigen Probienen. Gewöhnlich wird ein Transformator verwendet, dessen Primärspule über einen Schalter mit einer Spannungsquelle verhältnismäßig niedriger Spannung und dessen Sekundärspule über eine Diode mit einer Speicheranordnung, wie zum Beispiel einem Impulserzeuger, verbunden ist. Der Schalter wird fortlaufend getaktet, bis der Impulserzeuger bei einer ausgewählten Spannung mit einer gewünschten Ladungsmenge aufgeladen ist. Eine typische Schaltungsanordnung dieser Art kann zum Beispiel von einer Spannungsquelle von +28 V auf 2000 V aufgeladen werden. Es ist festgestellt worden, daß der Transformator- und Primärladestrom, der durch die Spannungsänderungen der Streukapazitäten bedingt ist, wegen der Stromwärmeverluste in dem Schalter und in den Wicklungen zu einem schlechten Wirkungsgrad führt. Ferner erhöht dieser unerwünschte Strom die Schalt-Ausgleichsvorgänge, wodurch die Spannungsquelle und die Steuerkreise für den Schalter ungünstig beeinflußt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen zu vermeiden. Die Erfindung besteht darin, daß die Sekundärwicklung in mehrere Teilstücke unterteilt und zwischen ihre Teilstücke sowie zwischen ihre Ausgangsklemmen und die jeweils benachbarten Teilstücke der Sekundärwicklung je-, eine nur in einer bestimmten Richtung stromleitende Anordnung eingeschaltet ist.
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Eine "bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Transformatoranordnung, deren Primärspule über einen Schalter, zum Beispiel einen Transistor, an einer Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Hochspannungswicklung ist in Teilstücke aufgeteilt und es ist jedes Teilstück von dem anderen und von den Ausgangsleitungen durch Dioden oder funktionsähnliche Anordnungen mit ausgewählter Polarität elektrisch isoliert. Aufgrund dieser Aufteilung·werden Spannungsänderungen an der Streukapazität wesentlich herabgesetzt, so daß während der Schaltvorgänge Energieverluste durch reflektierte Ströme in der Priinärspule sowie Störungen der Schaltvorgänge wesentlich verringert werden. Ebenso wird die Amplitude der bei den Schalt-Ausgleichsvorgängen entstehenden Spitzen erheblich verkleinert. Bei anderen Anordnungen gemäß dieser Erfindung kann auch die Primärspule aufgeteilt und durch Dioden isoliert sein. Außerdem sind die Grundsätze der Erfindung auf Anordnungen mit Einweggleichrichtung oder Zweiweggleichrichtung anwendbar.
Durch die Erfindung wird demnach eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Energieübertragung und insbesondere eine ho-chwirksaxae Hochspannungs-Aufladeanordnung mit einem Spannungstransformator geschaffen, die auf eine verhältnismäßig niedrige Spannung anspricht und mit einem Minimum an Verlustleistung arbeitet, weil die Wirkung der Streukapazität wesentlich verringert ist.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung, und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausfiihrungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen:
Fig. 1 das schematische Schaltbild einer Hochspannungs-Ladeanordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 das schematische Schaltbild einer abweichenden Transformatoranordnung, die gemäß den Merkmalen der Erfindung in der Anordnung nach Fig. 1 verwendet werden kann,
Fig. 5 das Ersatzschaltbild für den Transformator der Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 4- zur Erklärung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1 eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverläufen als Funktion der Zeit,
Fig. 5 zur weiteren Erklärung der Beziehungen zwischen den Spannungen an der Streukapazität eine graphische Darstellung der Spannung in zwei Zeitpunkten,
Fig. 6 das schematische Schaltbild einer Doppelweg-Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und
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Fig. 7 das schematische Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die auf eine Zweiphasen-Rechteckspannungsquelle anspricht.
Die Hochspannungs-Ladeanordnung nach Fig. 1 umfaßt gemäß der Erfindung einen Transformator 10, der eine Primärwicklung 12, eine Sekundärwicklung 14 und ein zur magnetischen Kopplung geeignetes Material 16 "besitzt· Die Primärwicklung 12 ist zwischen eine geeignete Spannungsquelle 18 von "beispielsweise 28 V und die Klemme eines Schalters, zum Beispiel den Kollektor eines NPNrTransistors 20 geschaltet. Der Emitter des Transistors 20.ist über einen Widerstand 24 mit einem geeigneten Bezugspotential, zum Beispiel Erde, und außerdem mit einem Differentialverstärker oder Stromvergleichsschaltung verbunden. Die andere Eingangsklemme des Differentialverstärkers 26 ist zwischen Widerständen 28 und 30 angeschlossen, die ihrerseits zwischen eine +E-Bezugsspannungsquelle $2 und Erde geschaltet sind. Eine bistabile Kippschaltung oder ein Flipflop 36 hat eine Ausgangsklemme, die mittels einer Leitung 31 an die Basis des Transistors 20 angeschlossen ist und zwei Eingangsklemmen, von denen die erste mit dem Differentialverstärker 26 verbunden ist, um die Transformatorladeimpulse zu beenden. Die zweite Eingangsklemme spricht auf ein Signal eines nicht näher dargestellten Einschaltoszillators zum Starten des Aufladevorganges an. Die Hochspannungs- oder Sekundärwicklung 14 des Transformators 10 ist in Segmente oder Teilstücke 38, 40 und 42 aufgeteilt, die im wesentlichen die gleiche Windungszahl besitzen können. Das eine Ende des Wicklungsteil-
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Stückes 58 ist mit einer Leitung 44· verbunden, die ihrerseits an die Kathode einer Diode 46 angeschlossen ist, während ihr zweites Ende mit der Anode einer Diode 48 verbunden ist. Das Teilstück 40 ist mit einem Ende an die Kathode der Diode 48 und mit dem anderen Ende an die Anode einer Diode 50 angeschlossen. Das eine Ende des Teilstückes 42 ist mit der Kathode der Diode 50 und. das andere Ende über eine Leitung 51 mit der Anode einer Diode 52 verbunden, Die Anode der Diode 46 und die Kathode der Diode 52 sind mittels entsprechender Leitungen 45 und 55 an einen Impulserzeuger 54 angeschlossen, der periodisch über einen Schalter 57 und eine Leitung 56 Ladungsenergie an einen Verbraucher, zum Beispiel an eine Anregungsblitzlampe eines optischen Senders (Laser) weiterleitet. Der Impulserzeuger 5^ kann kapazitiv sein, wie es durch einen Kondensator 55 ,dai'Ses'kell'k ist, der zwischen die Leitungen 53 und 45 geschaltet ist, von denen die Leitung 45 an eine geeignete Bezugsspannung, zum Beispiel an Erde, angeschlossen ist» Es versteht sich, daß die Ladeanordnung gemäß der Erfindung zum Laden von beliebigen Energieverbrauchern und Speicheranordnungen geeignet und ihre Anwendung nicht auf einen^bestimmten Verbrauchertyp beschränkt ist»
Fig. 2 stellt eine andere Transformatoranordnung nach der Erfindung dar, bei der die Primärwicklung auf diq gleiche Weise wie die Sekundärwicklung in Teilstücke aufgeteilt sein kann. Ein Transformator 58 umfaßt eine Sekundärwicklung 60, die ebenso wie die Sekundärwicklung 14 des Transformators nach Fig. 1 unterteilt ist
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und deren Teilstücke durch die Dioden 46» 48, 50 und 52 getrennt sind und außerdem eine Primärwicklung 61 mit Teilstücken 621 64 und 68, die durch Dioden 69, und 72 getrennt sind. Die Primärwicklung 61 ist zwischen die Spannungsquelle 28 und den Schalter 20 geschaltet, der ebenso wie bei der Anordnung nach Fig· 1 auf einen Schaltertreiber 63 anspricht. In der dargestellten Anordnung übernimmt der Schalter 20 die Rolle einer Isolierdiode für die Wicklungsteilstücke·
Fig. J zweigt ein Ersatzschaltbild für die Anordnung nach Fig. 1, in dem der Transistor 20 durch einen Schalter 76 und die Induktivitäten der Primärwicklung und der Sekundärwicklung sowie die Gegeninduktivität durch die entsprechenden Induktivitäten Lp bzw. Lß bzw. Ljj dargestellt sind. Eine Diode 78 stellt" die Gesamtheit der Dioden innerhalb der Sekundärwicklung dar und lädt die Streukapazität Cg auf, deren Viert proportional zu der Anzahl der Sekundärwindungen durch die Anzahl der Primärwindungen ist. Die Anordnung gemäß der Erfindung liefert den induktiven Elementen Stromimpulse, jedoch braucht der Streukapazität Co nach dem ersten Aufladen nur noch ein kleiner Strom zugeführt zu werden, da an ihr jiur noch verhältnismäßig kleine Spannungsänderungen auftreten.
Wie das Diagramm nach Fig. 4 veranschaulicht, bringt bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 der Impuls 82 des Einschaltoszillators das Flipflop 36 in einen ersten Zustand, das dann der Basis des Transistors 20 einen
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Schal timpul s 84 zuführt, so daß durch die Primärwicklung 12 ein Strom hindurchfließt. Zu einem Zeitpunkt tß, der den Beginn des Ladevorganges darstellen soll, fließt ein Strom 86 über den Kollektor des Transistors 20, während sich am Emitter des Transistors 20 eine Spannung 88 aufbaut. Die Spannung 90 am Kollektor des Transistors 20 schwingt, bedingt durch die Spannungsänderungen an der Streukapazität C , in gleicher Weise wie der Kollektorstrom 86· Die Resonanzschwankungen des Kollektorstromes 86 sind verglichen mit denjenigen bei einer herkömmlichen Transformatoranordnung, wie sie durch die Kurve 92 wiedergegeben sind, verhältnismäßig klein. Die Leistungsverluste im Transistor 20 und in den Transformatorwicklungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind als Kurve 96 dargestellt; diese Verluste sind bei einer herkömmlichen Anordnung wesentlich größer. Während des ersten Halbzyklus oder der Periode zwischen den Zeiten tg und t^. sind die Dioden 46, 48, 50 und 52 in Sperrichtung beaufschlagt, so daß kein Strom aus der Spule 14 abfließt und die Streukapazität ihre Ladung beibehält.'Wenn der Emitterstrom 88 auf einen Schwellenwert 100 ansteigt, erzeugt der Differentialverstärker 26 einen Impuls 102, der in Fig. 4 gestrichelt dargestellt ist und das 3?lipflop 36 in den entgegengesetzten Zustand steuert. Der Schaltimpuls 84 fällt daher zum Zeitpunkt t^ auf das niedrigere Niveau ab und spannt dadurch den Transistor 20 in den nichtleitenden Zustand vor. Als Folge davon wird der Strom 86 unterbrochen, die Spannung an der Sekundärspule 14 in ihrer Richtung schnell umgekehrt und es werden die Dioden 46, 48, 50 und 52 in
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ORiQlNAL
Durchlaßriclitung "beaufsclilagt, so daß dem Impulserzeuger 54 ein Strom 106 zufließt. So wird zum Zeitpunkt t,, in der Sekundärwicklung 14 und an der Leitung 53 eine positive Rücklaufspannung erzeugt und es fließt Strom in den Kondensator 55 des Impulsformers 5^·· Die Energie im Transformator 10, die zwischen den Zeiten tQ und -t. in Form von Kraftflußlinien gespeichert worden ist, wird in dem Intervall zwischen den Zeiten t^. und to» wenn in der zweiten Hälfte des Betriebszyklus die Kraftlinien zusammenfallen und wegen der Richtungsumkehr der Spannung an den Wicklungsteilstücken die Dioden 46, 4-8, 50 und 52 in Durchlaßrichtung beaufschlagt sind, von der Sekundärwicklung, abgegeben. Während jedes zweiten Halbzyklus steigt gegenüber dem vorausgehenden Halbzyklus die Rücklaufspannung an den Leitungen 51 und- 53 in dem Maße an, wie Strom dem Impulserzeuger 54 zufließt. Zum Zeitpunkt t~ ist die Energie des Transformators 10 nicht vollständig entladen, wie es die Kurve 106 zeigt.
Zum Zeitpunkt to wird der Transistor 20 in Abhängigkeit vom Oszillatorimpuls 82 in den leitenden Zustand gebracht und es fließt Strom durch die Primärwicklung 12, wie es durch die Kurve 86 veranschaulicht wird. Die Dioden 46, 48, 50 und 52 sind alle in Sperrichtung beaufschlagt und die Streukapazität der Wicklungsteilstücke ist nicht entladen. Da vom vorhergehenden Zyklus Energie im Transformator verblieben ist, erreicht der Emitter des Transistors 20 in einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne zum Zeitpunkt t, die Schwellenwert-
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- το -
spannung 100· Ebenso wird in der Periode zwischen den Zeitpunkten t2 und t-, kein Strom zum Aufladen der Streukapazität des Transformators benötigt. Wegen der verhältnismäßig kleinen Spannungsschwankungen an der Streukapazität zwischen den' Zeitpunkten tp und t, ist der Verlust im Transistor 20 und im Transformator verhältnismäßig klein, so daß ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Außerdem wird die Spannungsquelle 18 nur durch ein Minimum an Spannungsausgleichsvorgängen belastet.
Fach einigen anfänglichen Zyklen wird auf gleiche Art der Aufladevorgang fortgeführt, wobei die ganze Energie aus der Sekundärwicklung 14 in den Impulserzeuger 54-geleitet wird. In dem Maß, wie die Energieentladung" zunimmt, verlängert sich auch die Ladezeit, wie zum Beispiel zwischen den Zeitpunkten t^ und t,-· Die Streukapazität bleibt im wesentlichen aufgeladen und es steigt während jeder zweiten Hälfte des Zyklus die Ladung im Impulserzeuger 54- stufenweise auf einen größeren Betrag an, wie die Rücklauf spannung an der Leitung .51 zunimmt. Wenn der Impulserzeuger 54· bis zu einem ausreichenden Niveau aufgeladen ist, kann eine nicht dargestellte Fühlschaltung den Schalter 57 schließen und über die Leitung 56 einem ebenfalls nicht dargestellten Verbraucher einen Hochspannungsimpuls zuführen. Beispielsweise kann durch fortgesetzte Energieübertragung aus der +28 V Spannungs quelle 18 in dem Impulserzeuger 54-eine Spannung von 2000 V aufgebaut werden. Die unterteilte Primärwicklung nach Fig. 2 arbeitet auf ähnliche
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Weise, wobei die Dioden zum Beispiel zwischen den Zeitpunkten t~ und t^. Strom leiten, aber zum Beispiel in dem Intervall zwischen den Zeitpunkten t^. und tp in Sperrichtung beaufschlagt werden, um in jedem Wicklungsteilstück das Entladen der Streukapazität zu verhindern· Es sei noch bemerkt, daß die SpannungsSchwankungen in den Primär- und Sekundärwicklungen bestimmen, ob besser die Primärwicklung, die Sekundärwicklung oder beide Wicklungen gemäß den Merkmalen der Erfindung unterteilt werden.
Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise der aufgeteilten Wicklungen zeigt das Diagramm nach Fig. 5 in bezug auf die Spannung von 0 V am Leiter 45 die Änderung der Spannungen E,., E2 und E, an den Streukapazitäten jedes der Wicklungsteilstücke 38, 4-0 und 42. Nach dem ersten Ladezyklus oder der ersten Periode stellen die Kurvenabschnitte 110, 112 und 114 die Spannungen an den-Streukapazitäten der betreffenden Wicklungsteilstücke 38, 40 und 42 während eines ersten Halbzyklus, beispielsweise zwischen t- und t~j dar, während dem die Dioden alle in Durchlaßrichtung beaufschlagt sind· Während des folgenden, von t~ bis t, währenden Halbzyklus, während dem der Schalter 20 wieder leitet, kehrt die Spannung an den Streukapazitäten der Teilstücke, wie es die Kurvenabschnitte 116, 118 und 120 zeigen, ihre Richtung um. In der graphischen Darstellung der Fig. 5 treten die Spannungsänderungen gemäß den Kurvenabschnitten 110, 112 und 114 gleichzeitig während der Periode zwischen den Zeitpunkten t^. und Ij^ und die
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Spannungsänderungen gemäß den Kurvenabschnitten 116, 118 und 120 gleichzeitig zwischen den Zeitpunkten tp und t, auf. Demnach erfolgt in einer Anordnung gemäß der Erfindung die Spannungsumkehr in federn Teilstück und nicht in "bezug auf das Bezugsniveau von zum Beispiel OV, Diese kleine Spannungsänderung an der Streukapazität führt zu einem verhältnismäßig kleinen reflektierten Strom in der Primärspule 12 und zu einem minimalen Energieverlust· Beträgt die Spannung am Leiter 55 zu jeder Aufladezeit Eq, dann beträgt während jedem Schaltvorgang die herkömmliche Spannungsänderung an der Streukapazität 2 Eq und hätte bei einer Schaltzeit Δ Τ des Schalters 20 in der Primärwicklung einen Stromfluß
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zur Folge. Dagegen beträgt in der geschilderten Anordnung der Erfindung die Spannungsänderung bei drei Teilstücken 2Eq/6, da zu jedem Zeitpunkt des Aufladens einer Last oder eines Netzwerkes die Spannung jedes Teilstückes ihre Richtung in bezug auf die mittlere. Betriebsspannung des entsprechenden Teilstückes und nicht in bezug auf das Erdpotential umkehrt· Bei der geschilderten Anordnung nach Fig. 1 wird auf diese Weise der Streukapazitatsstrom um den Faktor 6 reduziert· Der Gesamtwirkungsgrad der Anordnung nach Fig. mit einem auf 2000 Ύ aufgeladenen Impulserzeuger 54 kann auf diese Weise gegenüber der herkömmlichen Anordnung um schätzungsweise 20% verbessert werden.
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Das. Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 weist eine Doppelwegspannungsquelle 130 auf, die die Primärwicklung 134 eines Transformators 132 mit einem Signal, zum Beispiel mit einer Sinuswelle, speist. Eine Sekundärwicklung 136 des Transformators 132 ist in die Teilstücke 138, 140, 142, 144, 146 und 148 aufgeteilt. Die Sekundärwicklung 136 hat eine Mittelanzapfung 141, die mit einer Leitung
149 verbunden ist, und es sind Dioden 154 und 156 zwischen die Mittelanzapfung und die Teilstücke 142 bzw. 144 geschaltet. Weitere Dioden 152, 150 und 147 sind jeweils zwischen die Spulen 142 und 140 bzw. 140 und 138 bzw. zwischen die Spule 138 und die Leitung 153 geschaltet. Ebenso sind Dioden 158, 160 unc 162 jeweils zwischen die Spulen 144 und 146 bzw. 146 und 148 bzw. die Spule 148 und eine Leitung 163 geschaltet. Eine Last, die einen Widerstand R-j- enthalten kann, ist zwischen die Leitungen 163 und 149 geschaltet und es ist die Leitung 153 mit der Leitung 163 verbunden. Während einer ersten Halbperiode sind die Dioden 156, 158, 160 und 162 stromführend und es fließt ein Gleichstrom, in Richtung des Pfeiles 168 zur Last Rj. Während dieses ersten Halbzyklus sind die Dioden 154, 152 und.
150 und 147 in Sperrichtung beaufschlagt, so daß eine nur verhältnismäßig kleine Spannungsänderung an den Streukapazitäten jedes Teilstückes auftritt, was zu ■ einem sehr kleinen durch die Primärwicklung 134 fliessenden Streukapazitätsstrom führt«, Während des zweiten Halbzyklus sind die Dioden 154, 152, 150 und 147 stromführend und es fließt ein Gleichstrom in Richtung des Pfeiles 168 zur Last 166„ Zur gleichen Zeit sperren die Dioden 156, 158, 160 und es tritt eine verhältnismäßig
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kleine Spannungsänderung an der Streukapazität jedes Teilstückes auf, was zu einem sehr kleinen durch die Primärwicklung 1J4 fließenden Streukapazitätsstrom führt. Durch die Unterteilung der Wicklungen gemäß der Erfindung werden durch das Aufladen von Streukapazitäten bedingte Stromverluste in den 7/icklungen und in der Spannungsquelle 1JO sowie unerwünschte Schalt-Ausgleichsvorgänge im wesentlichen vermieden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 handelt es sich um einen Gleichstromumformer, bei dem eine Zweiphasen-Rechteckspannungsquelle 170 die Basen von Transistoren 176 und 178, die NPN-Transistoren sein können, mit Impulsen speist, bei denen es sich zum Beispiel um die Impulse von Rechteckwellen 172 und 174 handeln kann, die um 180° phasenverschoben sind. Die Emitter der Transistoren 176 und 178 sind mit einer geeigneten Bezugsspannung, zum Beispiel mit Erde, verbunden, wogegen die Kollektoren mit den entgegengesetzten Enden der Primärwicklung 180 eines Transformators 182 gekoppelt sind. Eine Bezugsspannungsquelle 183 ist mit einer Mittelanzapfung 184 der Primärwicklung 180 verbunden und kann außerdem an die Mittelanzapfung 186 einer Sekundärwicklung 188 angeschlossen sein. Die Primärwicklung 180 besteht aus einer geeigneten Anzahl von Teilstücken 19O, 192, 194 und 196 und es sind die Kathoden-Anoden-Strecken von Dioden 198 und 200 zwischen die Mittelanzapfung 184 und das Teilstück 192 bzw. zwischen die Teilstücke 192 und 19Ö geschaltet. Ebenso enthält ein zweiter Abschnitt der Primärwicklung die Dioden 204 und 206, die mit ihrer
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Kathoden-Anoden-Strecke jeweils zwischen die Mittelanzapfung 184 und das Teilstück 194 bzw. zwischen die Teilstücke 194 und 196 geschaltet sind. Es sei bemerkt, daß die Transistoren 176 und 178 für die entsprechenden Teilstücke 196 und 190 die einsinnig stromleitende oder Dioden-Funktion erfüllen. Die Sekundärwicklung 188 besteht aus einer ausgewählten Anzahl von Teilstücken 212, 214, 216, 218, 220 und 222. Dioden 224, 226, 228 und 230 sind mit ihren Kathoden-Anoden-Strecken jeweils zwischen die Mittelanzapfung 186 und das Teilstück 216 bzw. zwischen die Teilstücke 216 und 214 sowie 214 und 212 undzwischen das Teilstück 212 und eine Ausgangsleitung 232 geschaltet. Dioden 234, 236, 238 und 240 sind mit ihren Kathoden-Anoden-Strecken jeweils zwischen die Mittelanzapfung 186 und das Teilstück 218 bzw· zwischen die Teilstücke 218 und 220 sowie 220 und 222 und zwischen das Teilstück 222 und die Ausgangsleitung 232 geschaltet.
Im Betrieb leitet während jedes Halbzyklus der Rechteckwellen 172 und 174 einer der beiden Transistoren 176 und 178 und es fließt Strom durch den einen oder den anderen Teil der Primärwicklung 180v d.h. von der Spannungsquelle 183 über den leitenden Transistor. Wenn zum Beispiel der untere Teil der Primärwicklung 180 leitet, werden die Dioden 224, 226, 228 und 230 in Sperrichtung beaufschlagt und es wird die Energie in den oberen Abschnitt der Sekundärwicklung 188 übertragen· Während des gleichen Halbzyklus ist der Transistor 176 gesperrt und es fließt im oberen Abschnitt der Sekundärwicklung 188 Strom durch die in Durchlaßrichtung beaufschlagten
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Dioden 234, 236, 238 und 240 zur Leitung 232, wie es durch den Pfeil 233 angedeutet ist. Die Dioden 204 und 206 sind in Sperrichtung beaufschlagt, so daß in den Teilstücken 194 und 196 der Primärwicklung kein Streukapazitätsstrom fließt· Während des nächsten Halbzyklus der Rechteckwellen 172 und 174 leitet der Transistor 176, während der Transistor 178 gesperrt ist, und es sind die Dioden 234, 236, 238 und 240 in Sperrichtung beaufschlagt, wogegen die Dioden 224, 226, 228 und 230 in Durchlaßrichtung betrieben sind, so daß, wie durch den Pfeil 233 angedeutet, Strom zur Leitung 232 fließt. Ebenso sind die Dioden 198 und 200 in Sperrichtung beaufschlagt, so daß in den Teilstücken 192 und 190 der Primärwicklung kein Streukapazitätsstrom fließt. Da während der Aufladezeit jedes Halbzyklus stets die Dioden einer Hälfte der Sekundärwicklung in Sperrichtung beaufschlagt sind, fließt in der Primärwicklung 180 nur ein verhältnismäßig kleiner Streukapazitätsstrom, wie es schon anläßlich der Beschreibung der Pig. 1, 2 und 6 erklärt wurde. Auf diese Weise wurde ein hochwirksamer, auf Rechteckwellen 172 und 174, die beispielsweise von einer bistabilen, gleichstromgesteuerten Kippschaltung erzeugt werden können, ansprechender Gleichstromgenerator geschaffen.
Es ist demnach eine mit hohem Wirkungsgrad arbeitende, verbesserte Hochspannungsladeanordnung beschrieben worden, in.der mindestens eine die Transformatorwicklungen unterteilt und durch nur in einer Richtung Strom leitende Anordnungen isoliert ist, so daß, wenn in dem Transformator, durch die Primärwicklung Energie übertragen wird, in der
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Sekundärwicklung im wesentlichen kein Streukapazitätsstrom fließt. Daher werden keine wesentlichen, durch
eine Spannungsänderung an der Streukapazität bedingten Ströme in die Primärwicklung induziert und es werden
die Schalt-Ausgleichsvorgänge im Transformator verkleinert. Beim Abschalten der Energiequelle wird durch die Rücklaufspannung in der Sekundärwicklung Strom
durch alle Teilstücke der Sekundärwicklung hindurch
zum Verbraucher geleitet. Die Prinzipien der Erfindung fsind sowohl beim Halbweg- als auch beim Vollwegbetrieb anwendbar.
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Claims (1)

  1. r 18-
    Patentansprüche
    M.JSchaltungsanordnung zur Energieübertragung mit einem eine Primärwicklung mit Eingangsklemmen und eine Sekundärwicklung mit Ausgangsklemmen aufweisenden Transformator, einer an die Primärwicklung angekoppelten Energiequelle und einem an die Sekundärwicklung angekoppelten Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (14) in mehrere Teilstücke (38, 40 und 42) unterteilt und zwischen ihre Teilstücke sowie zwischen ihre Ausgangsklemmen und die jeweils benachbarten Teilstücke der Sekundärwicklung je eine nur in einer bestimmten Richtung stromleitende Anordnung (46 bzw. 48, 50 und 52) eingeschaltet ist.
    2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Primärwicklung (61) in Teilstücke (62, 64, 68) unterteilt und zwischen ihre Teilstücke sowie zwischen ihre Ausgangsklemmen und die jeweils benachbarten Teilstücke der Primärwicklung je eine nur in einer bestimmten Richtung stromleitende Anordnung (69 bzw. 70, 72 und 20) einge- . schaltet ist.
    3β Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer bestimmten Richtung stromleitenden Anordnungen (46,'48, 50 und 52) von Dioden gebildet werden, die längs der entsprechenden Wicklung (14) mit gleicher Polarität geschaltet sind.
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    4. Schaltungsanordnung nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (156) eine Mittelanzapfung (14-9) aufweist und die beiden durch die Mittelanzapfung getrennten Wicklungsabschnitte in mehrere Teilstücke (138, 14-0 und 142 "bzw. 1Vt-, 146 und 148) unterteilt sind und sich je eine Diode (147 "bzw. I50, 152, 154, 156, 158, 160 und 162) zwischen den einzelnen Teilstücken sowie an den Enden der Wicklungsabschnitte befindet.
    5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (14?, 150, 152 und 154) in dem einen Wicklungeabschnitt in bezug auf die Mittelanzapfung (149) eine erste Polarität und die Dioden (156, 158, 160 und 162) in dem zweiten Y/icklungs abschnitt in bezug auf die iiittelanzapfung (149) eine zweite Polarität aufweisen·
    6· Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (18) an das eine Ende der Primärwicklung (12) und an das andere Ende der Primärwicklung eine Schaltanordnung (20) angeschlossen ist«
    7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß mit der Schaltanordnung (20) eine Steuervorrichtung (26, 36) verbunden ist, die bewirkt, daß der Primärwicklung (12) periodisch Stromimpulse zugeführt werden.
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    Leerseite
DE19691933535 1968-07-16 1969-07-02 Schaltungsanordnung mit einem Transformator Expired DE1933535C (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US74524568A 1968-07-16 1968-07-16
US74524568 1968-07-16

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1933535A1 true DE1933535A1 (de) 1970-01-22
DE1933535B2 DE1933535B2 (de) 1972-11-23
DE1933535C DE1933535C (de) 1973-06-07

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4380044A (en) * 1979-10-04 1983-04-12 Imperial Chemical Industries Plc D.C. to d.c. converter with plural feedback loops

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4380044A (en) * 1979-10-04 1983-04-12 Imperial Chemical Industries Plc D.C. to d.c. converter with plural feedback loops

Also Published As

Publication number Publication date
JPS4839619B1 (de) 1973-11-26
FR2013031A1 (de) 1970-03-27
SE369648B (de) 1974-09-09
BE735962A (de) 1969-12-16
DE1933535B2 (de) 1972-11-23
US3562623A (en) 1971-02-09
NL6909965A (de) 1970-01-20
GB1267721A (en) 1972-03-22

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E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977