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Dokumentenidentifikation DE3806983C2 21.07.1994
Titel Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Spannungen unterschiedlicher Polarität
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Schuhbauer, Ernst, Dipl.-Ing., 8000 München, DE
DE-Anmeldedatum 03.03.1988
DE-Aktenzeichen 3806983
Offenlegungstag 14.09.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.07.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.07.1994
IPC-Hauptklasse H02M 3/28
IPC-Nebenklasse H04B 3/50   H04L 25/22   H04B 3/44   H04B 3/46   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Spannungen unterschiedlicher Polarität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Spannungen unterschiedlicher Polarität, insbesondere erdfreie Spannungen werden beispielsweise bei einer Fernschreib-Hochpegelübertragungstechnik verwendet. Dort gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Systeme, nämlich Einfachstromsysteme und Doppelstromsysteme. Bei einem Einfachstromsystem wird beispielsweise eine Spannung von 120 V ein- und ausgeschaltet, wobei üblicherweise ein Strom von 40 mA zu schalten ist. Bei einem Doppelstromsystem wird dagegen zwischen Spannungen von +60 V und -60 V umgeschaltet, wobei üblicherweise ein Strom von 20 mA zu schalten ist.

Es ist bereits bekannt, zum Erzeugen der Spannungen unterschiedlicher Polarität zwei Spannungsquellen vorzusehen und diese unter Verwendung eines elektronischen Relais oder eines Schalters an den Ausgängen der Schaltungsanordnung abzugeben. In vielen Fällen ist es jedoch notwendig, diese Spannungen individuell erdfrei zur Verfügung zu stellen, um beispielsweise bei der Fernschreibübertragungstechnik durch Nebensprechen entstehende Geräuschspannungen zu begrenzen. In diesem Fall benötigt man für jeden Ausgang außer dem elektronischen Relais oder Schalter einen eigenen Übertrager, der die betreffenden Spannungen erdfrei zur Verfügung stellt.

Aus der Druckschrift "Eliminating current spiking form dc-to-dc converters" von Carlo Venditti; Elektronics, Band 47, Heft 3, 7. Febr. 1974, Seiten 102 bis 104, ist darüber hinaus ein Gegentakt-Gleichspannungswandler bekannt, bei dem zur Vermeidung von Stromspitzen zwei in dem Gleichspannungswandler gegenphasig betriebene Transistoren mit Hilfe einer logischen Standardschaltung in bezug auf ein Taktsignal verzögert angesteuert werden.

Ferner ist aus der AT-272 408 eine Schaltungsanordnung zur Gleichrichtung einer Signalwechselspannung bekannt, bei der zwischen dem Mittelpunkt von Sekundärwicklungen eines Transformators und den Wicklungsenden jeweils Schalttransistoren angeordnet sind, die im aufgesteuerten Zustand in beiden Richtungen leitend sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Spannungen unterschiedlicher Polarität anzugeben, die einen geringen Aufwand erfordert und die dennoch die betreffenden Spannungen erdfrei zur Verfügung stellt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie nur einen einzigen Übertrager erfordert und damit sehr einfach herstellbar ist.

Die Spannungen sind in ihrer Polarität durch ein Steuersignal veränderbar, wenn die Impuls-Pausen-Verhältnisse der vom Oszillator abgegebenen Signale durch das Steuersignal entsprechend verändert werden. Das Steuersignal kann beispielsweise einem Fernschreibsignal zugeordnet sein, so daß die Spannungen für die Erzeugung eines Doppelstromsignals bei der Fernschreib-Hochpegelübertragungstechnik verwendbar sind.

Die vom Taktgeber abgegebenen Gegentaktsignale lassen sich auf einfache Weise aus von einem Oszillator abgegebenen Taktimpulsen unter Verwendung von Verknüpfungsgliedern erzeugen. Diese Verknüpfungsglieder sind vorteilhafterweise als Antivalenzglieder ausgebildet.

Die Gegentaktsignale werden vorzugsweise den beiden Schaltern mit Verzögerung zugeführt, um ein gleichzeitiges Schalten der beiden Schalter zu verhindern.

Die auf der Sekundärseite vorgesehene Gleichrichterschaltung wird zweckmäßigerweise aus zwei gesteuerten Gleichrichtern gebildet, die zu beiden Seiten der Sekundärwicklung angeschlossen sind und an denen die Spannungen abgegeben werden. Die Ansteuerung der Schalter erfolgt über eine Diode und einen Widerstand von der jeweils anderen Seite der Sekundärwicklung. Parallel zu den gesteuerten Gleichrichtern sind Dioden derart angeschlossen, daß deren Durchlaßrichtung jeweils derjenigen der Transistoren entgegengesetzt ist.

Um sicherzustellen, daß erst nach dem Überschreiten einer vorgegebenen Spannung an der Sekundärwicklung die Gleichrichter geschaltet werden, ist es vorteilhaft, daß in Serie mit den ansteuernden Dioden Zenerdioden vorgesehen sind.

Die gesteuerten Gleichrichter in der Schaltungsanordnung sind vorteilhafterweise als Transistoren ausgebildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Taktgebers zum Erzeugen von Gegentaktsignalen in Abhängigkeit von einem Steuersignal und

Fig. 3 ein Zeitdiagramm von Signalen an verschiedenen Punkten der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungsanordnungen.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung erzeugt aus einer Betriebsspannung UB erdfreie Spannungen ±U unterschiedlicher Polaritäten. Die Schaltungsanordnung enthält einen Übertrager Ü mit einer Primärwicklung PR und einer Sekundärwicklung SE. Der Mittelabgriff der Primärwicklung PR ist mit einem Anschluß +UB der Betriebsspannung UB verbunden. Die Anschlüsse der Primärwicklung PR werden über zwei gesteuerte Schalter, die als Transistoren T1 und T2 ausgebildet sind und mit dem anderen Anschluß der Betriebsspannung -UB verbunden sind, gegentaktig angesteuert. Zu diesem Zweck erzeugt ein Taktgeber TG Gegentaktsignale S1 und S2, die zueinander invertiert sind und über Widerstände R1 und R2 bzw. R3 und R5 den Basen der Transistoren T1 und T2 zugeführt werden. Die Steuerkreise der Transistoren T1 und T2 sind über Kondensatoren C1 und C2 mit dem Anschluß -UB verbunden. Diese Kondensatoren C1 und C2 zusammen mit den Widerständen R2 und R5 verzögern die Gegentaktsignale S1 und S2 derart, daß sichergestellt ist, daß im Übergangsbereich nicht beide Transistoren T1 und T2 gleichzeitig schalten. Das Gegentaktsignal S1 weist ein ungleiches Impuls-Pausenverhältnis auf und das Gegentaktsignal S2 entspricht immer dem invertierten Gegentaktsignal S1. In Abhängigkeit von den Impuls-Pausenverhältnissen der Gegentaktsignale S1 und S2 werden in der Primärwicklung PR unterschiedliche Magnetisierungen erzeugt, so daß entsprechend diesen Impuls-Pausenverhältnissen Spannungen mit unterschiedlicher Polarität auf der Sekundärseite abgegeben werden.

Unter Verwendung eines Steuersignals S, das dem Taktgeber TG zugeführt wird, können die Impuls-Pausenverhältnisse der Gegentaktsignale S1 und S2 vertauscht werden, so daß auf der Sekundärseite gleichgroße positive und negative Spannungen ±U in Abhängigkeit von der Fremdsteuerung durch das Steuersignal S erzeugt werden.

Auf der Sekundärseite ist eine Gleichrichterschaltung vorgesehen, die zwei gesteuerte Gleichrichter in Form von Transistoren T3 und T4 und als weitere Elemente zwei Dioden D1 und D2 enthält. Die Transistoren T3 und T4 sind zu beiden Seiten der Sekundärwicklung SE angeschlossen und antiparallel zu den Transistoren T3 und T4 sind die Dioden D1 und D2 angeschlossen, und zwar derart, daß deren Durchlaßrichtung der Durchlaßrichtung der zugeordneten Transistoren entgegengesetzt ist. Die Ansteuerung der Transistoren T3 und T4 erfolgt über die jeweils andere Seite der Sekundärwicklung SE, und zwar über Dioden D3 bzw. D4 und einen Widerstand R4.

Um sicherzustellen, daß erst beim Überschreiten einer vorgegebenen Spannung Signale den Transistoren T3 bzw. T4 zugeführt werden, sind in Serie mit den Dioden D3 und D4 noch Zenerdioden D5 bzw. D6 vorgesehen. Durch diese wird erreicht, daß im Übergangsbereich die Transistoren T3 und T4 nicht gleichzeitig leitend werden.

Durch die unsymmetrische Ansteuerung der Transistoren T1 und T2 durch die Gegentaktsignale S1 und S2 mit den ungleichen Impuls-Pausenverhältnissen enthält jeweils einer der beiden Transistoren T1 oder T2 einen ausreichend langen Impuls, um die volle Leistung übertragen zu können. Der jeweils andere Transistor T2 bzw. T1 enthält aber nur einen kurzen Impuls, um die Magnetisierung des Übertragers Ü zu kompensieren. Wenn beispielsweise der Basis des Transistors T1 ein Impuls mit einer langen Impulsdauer zugeführt wird, wird bei entsprechender Polung der Sekundärwicklung SE der Transistor T3 leitend und er liefert eine negative Spannung an den mit seinem Kollektor verbundenen Ausgang B. Der Strom fließt dabei über die Diode D2 zum Ausgang A, über einen angeschlossenen Verbraucher zu dem Ausgang B und über den Transistor T3 zurück zur Sekundärwicklung SE. Der Transistor T3 wird dabei über die Zenerdiode D5 und die Diode D3 sowie den Widerstand R4 leitend gesteuert. Während des nachfolgenden kurzen Impulses des Gegentaktsignales S2 wird der Transistor T2 leitend, so daß über die Zenerdiode D6 und die Diode D4 sowie den Widerstand R4 der Transistor T4 kurzzeitig leitend gesteuert wird und ein Strom von der Sekundärwicklung SE über die Diode D1 und den Verbraucher zurück über den Transistor T4 zur Sekundärwicklung SE fließt. In entsprechender Weise wird bei einer Vertauschung der Impuls-Pausenverhältnisse durch das Steuersignal S an dem Ausgang A eine negative Spannung erzeugt und an dem Ausgang B eine positive Spannung erzeugt.

Das in Fig. 2 dargestellte Schaltbild zeigt eine Ausführungsform des Taktgebers TG. Die Gegentaktsignale S1 und S2 können auf verschiedenartige Weise, gesteuert durch das Steuersignal S erzeugt werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Schaltbild erzeugt ein Oszillator OS Taktimpulse CT mit einem ungleichen Impuls-Pausenverhältnis. Diese Taktimpulse CT werden durch einen Inverter I invertiert und als Taktimpulse CT1 abgegeben. Diese invertierten Taktimpulse CT1 werden gemeinsam mit dem Steuersignal S einem Verknüpfungsglied G1 zugeführt, das als Antivalenzglied ausgebildet ist und das an seinem Ausgang die Steuersignale S1 abgibt. In entsprechender Weise werden die Taktimpulse CT gemeinsam mit dem Steuersignal S einem Verknüpfungsglied G2 zugeführt, das ebenfalls als Antivalenzglied ausgebildet ist und an seinem Ausgang die Steuersignale S2 abgibt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Zeitdiagramm wird davon ausgegangen, daß die Taktimpulse CT und die Taktimpulse CT1 zueinander invertiert sind. Das Steuersignal S hat zum Zeitpunkt t1 den Binärwert 0 und damit entsprechen die folgenden durch das Antivalenzglied G1 erzeugten Gegentaktsignale S1 den Taktimpulsen CT1. Die durch das Antivalenzglied G2 erzeugten Gegentaktsignale S2 entsprechen dann den Taktimpulsen CT. Die Spannung U, die an der Sekundärseite abgegeben wird, ist, bei entsprechender Polung der Sekundärwicklung SE, wie oben angegeben, damit negativ und weist den Wert -U auf. Dieser Zustand wird bis zum Zeitpunkt t2 beibehalten.

Zum Zeitpunkt t2 ändert das Steuersignal S seinen Binärwert von 0 nach 1 und damit werden die an den Antivalenzgliedern G1 und G2 anliegenden invertierten Taktimpulse CT1 bzw. die Taktimpulse CT invertiert als Gegentaktsignale S1 bzw. S2 abgegeben und die Polarität der Spannung U ändert sich dementsprechend.

Zum Zeitpunkt t3 nimmt das Steuersignal S wieder den Binärwert 0 an, so daß wieder ähnliche Verhältnisse vorhanden sind wie nach dem Zeitpunkt t1 und vor dem Zeitpunkt t2.

Durch eine Fremdsteuerung der Primärseite des Übertragers Ü durch die unsymmetrischen Gegentaktsignale S1 und S2 ist es damit möglich, auf der Sekundärseite Spannungen ±U mit unterschiedlicher Polarität zu erzeugen, je nachdem, welchen Binärwert das Steuersignal S annimmt.

Das Steuersignal S ist vorzugsweise einem Fernschreibsignal zugeordnet und da die Polaritäten der Spanungen ±U den Binärwerten des Steuersignals S entsprechen, können die Spannungen ±U für die Erzeugung von Doppelstromsignalen bei Hochpegelübertragungsstrecken verwendet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Spannungen unterschiedlicher Polarität, bei der ein Übertrager vorgesehen ist, dessen Primärwicklung mit einer Mittelanzapfung versehen ist und über zwei gesteuerte Schalter durch in einem Taktgeber erzeugte Gegentaktsignale angesteuert wird und an dessen Sekundärwicklung die Spannungen über eine Gleichrichterschaltung abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Taktgeber (TG) an die beiden gesteuerten Schalter (T1, T2) abgegebenen Gegentaktsignale (S1, S2) unterschiedliche Impuls-Pausenverhältnisse aufweisen und zueinander invertiert sind und daß die an der Sekundärwicklung angeschlossene Gleichrichterschaltung zwei gesteuerte Gleichrichteranordnungen (T3, D1; T4, D2) aufweist, die durch an der Sekundärwicklung (SE) erzeugte Spannungen derart steuerbar sind, daß jeweils ein geschlossener Verbraucherstromkreis gebildet wird, dessen Polarität von den Impuls-Pausenverhältnissen abhängt.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gegentaktsignale (S1, S2) durch ein am Taktgeber (TG) anliegendes Steuersignal (S) gleichzeitig invertierbar sind.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (S) einem Fernschreibsignal zugeordnet ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (TG) einen Oszillator (OS) aufweist, der Taktimpulse (CT) mit konstanter Folgefrequenz und ungleichem Impuls-Pausenverhältnis erzeugt und Verknüpfungsglieder (G1, G2) aufweist, die in Abhängigkeit von den Momentanwerten des Steuersignals (S) als Gegentaktsignale (S1, S2) die invertierten bzw. nichtinvertierten Taktimpulse (CT1 bzw. CT) invertiert oder nichtinvertiert abgeben.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsglieder (G1, G2) als Antivalenzglieder ausgebildet sind.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den gesteuerten Schaltern (T1, T2) auf der Primärseite des Übertrager (Ü) die Gegentaktsignale (S1, S2) unterschiedlich verzögert zugeführt werden.
  7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei an der Sekundärwicklung (SE) angeschlossene gesteuerten Gleichrichteranordnungen (T3, D1; T4, D2) jeweils einen Transistor (T3, T4) mit einer in bezug auf die Stromdurchlaßrichtung antiparallel geschalteten Diode (D1, D2) enthalten, wobei an den Transistoren (T3, T4) die Spannungen (±U) abgegeben werden und wobei die Transistoren (T3, T4) jeweils über Dioden (D3, D4) und einen Widerstand (R4) von dem jeweils anderen Anschluß der Sekundärwicklung (SE) gesteuert werden.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit den die gesteuerten Gleichrichteranordnungen (T3, D1; T4, D2) ansteuernden Dioden (D3, D4) Zenerdioden (D5, D6) vorgesehen sind.
  9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als gesteuerte Schalter (T1, T2) Transistoren vorgesehen sind.






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