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DE3616437A1 - Integrierte magnetische anordnung fuer eine elektronische schaltspannungsquelle - Google Patents

Integrierte magnetische anordnung fuer eine elektronische schaltspannungsquelle

Info

Publication number
DE3616437A1
DE3616437A1 DE19863616437 DE3616437A DE3616437A1 DE 3616437 A1 DE3616437 A1 DE 3616437A1 DE 19863616437 DE19863616437 DE 19863616437 DE 3616437 A DE3616437 A DE 3616437A DE 3616437 A1 DE3616437 A1 DE 3616437A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
winding
transformer
inductor
output
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19863616437
Other languages
English (en)
Inventor
George A. Woodside N.Y. Gautherin
Sol Roslyn N.Y. Greenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Veeco Instruments Inc
Original Assignee
Veeco Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Veeco Instruments Inc filed Critical Veeco Instruments Inc
Publication of DE3616437A1 publication Critical patent/DE3616437A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetanordnung zur Verwendung in der Ausgangsschaltung elektronischer Hochfrequenzschaltspannungsquel1 en sowie auch Spannungsquellen, die zweckmäßigerweise eine solche Anordnung enthalten.
Elektronische Schaltspannungsquellen haben fast alle früheren herkömmlichen Spannungsquellen ersetzt, die in der Ausgangsschaltung Reihenregelung verwenden. Bei modernen Anwendungsfä'l len sind sowohl Leistungsdichte (also Watt/Intensität) als auch Leistungsverlust in Form von entweichender Wärme wichtig und stellen oftmals übergeordnete Faktoren dar. Mit wachsender Leistungsdichte muß die Aufmerksamkeit mehr den Leistungsverlusten sowie der Wärmeabgabe zugewandt werden, da bei hoher elektronischer Dichte, wie sie in modernen Computern und dergleichen zu finden ist, die Beseitigung selbst relativ kleiner vermeidbarer Leistungsverluste einen erheblichen Vorteil bildet. Die Beschränkung der körperlichen oder Baugröße der Spannungsquelle auf ein Mindestmaß ist genauso wichtig, und natürlich wird verlangt, daß diese Ziele mit vertretbaren Kosten erreicht werden.
Eine Ursache für Leistungsverlust in herkömmlichen Schaltspannungsquel1 en ist die Ausgangsschaltung, die einen Ausgangstransformator enthält. Dieser Transformator weist wenigstens eine Primärwicklung auf, die den von einer Vorrichtung kommenden Ausgangsstrom empfängt, beispielsweise von einem Hochspannungsschalttransistor. Seine Sekundärwicklung koppelt den geschalteten Leistungsausgang mit einer Ausgangsfi1ter-
schaltung, die Richtelemente und einen Filterkondensator aufweist, über denen die erzeugte Ausgangsspannung liegt, üblicherweise enthält die Ausgangsschaltung auch eine Induktivität, und zwar entweder als Teil des Ausgangsfilterschaltkreises oder zur Stromabgabe an den Ausgangsfilterkondensator während eines Bruchteils des Schaltzyklus, indem die Schaltvorrichtung offen ist. Die obige Anordnung findet sich sowohl bei asymmetrischen oder Eintaktspannungsquellen als auch bei symmetrischen Spannungsquellen. Früher wurde eine einzige Schaltvorrichtung verwendet und der geschaltete Strom wurde gewöhnlich zur Ausgangsschaltung über eine einzige Primärwicklung eines Transformators geführt und eine einzige Sekundärwicklung. Der letztgenannte Zufuhrtyp erfordert wenigstens zwei abwechselnd arbeitende Schaltvorrichtungen und einen Ausgangstransformator mit einer Reihe Konfigurationen.
Es versteht sich, daß der geschaltete Strom über den Ausgangsschaltungstransformator angeschlossen wird und mit Hilfe von Ausgangsgleichrichtern und des Filters in einen Gleichstromausgang verwandelt wird. Die Regelung des Ausgangsparameters, d.h. der Ausgangsspannung wird durch Steuerung des Arbeitszyklus des Schaltvorgangs erreicht. Die Steuerung des geschalteten Leistungszyklus wird durch kontinuierliche und automatische Einstellung der Dauer des Schalterbetriebs gemäß dem inkrementalen Schwankungen der Leitungs- und Ausgangsspannungen durchgeführt.
In der Praxis verwendet die Industrie die Ausgangstransformatoren und Induktivitäten als separate elektrische Komponenten. Somit werden der Ausgangstransformator und die Ausgangsinduktivität körperlich und elektrisch unabhängig gehalten. Diese Unabhängigkeit wird selbst dort beibehalten, wo die bei einigen bekannten
Vorrichtungen die Induktivität eine Primärwicklung enthält, die mit der Primärwicklung des Transformators in Reihe liegt und so gepolt ist, daß ein magnetischer Fluß im Kern der Induktivität erzeugt wird, sobald die Schaltvorrichtung geschlossen wird, und daß in einer Sekundärwicklung eine Spannung passender Ausgangspolarität induziert wird, sobald die Schaltvorrichtung geöffnet wird.
Die Verwendung von getrennten und vollständig unabhängigen magnetischen Komponenten in der Ausgangsschaltung führt zu einer Erhöhung der Fertigungskosten und vergrößert auch die Gesamtabmessung der Spannungsquelle. Es wurde festgestellt, daß der Ausgangstrans- formator und die Ausgangsinduktivität körperlich kombiniert werden können und sich bis zu einem gewissen Grad auch magnetisch kombinieren, so daß eine einheitliche Konstruktion geschaffen werden kann, die die Herstellungskosten senkt und zu einer erheblichen Raumeinsparung auf der Spannungszufuhrgrundplatte führt. Wie im folgenden im einzelnen erläutert, schließt die Vereinigung des Ausgangstransformators und des Induktors die Verwendung eines gemeinsamen Magnetkernsegments ein, das die Bahnen des magnetischen Flusses vervollständigt, die sich durch die Erregung der Primärwicklung des Transformators mit dem geschalteten Ausgangsstrom ergeben. Dieses gemeinsame Kernsegment vervollständigt auch die Bahn für den Fluß, der von dem Strom erzeugt wird, welcher durch die Induktorwicklung fließt.
Das gemeinsame Kernsegment ist teilweise möglich, weil die für mit hohen Schaltfrequenzen arbeitenden Spannungsquellen erforderlichen Betätigungswege kleiner sind. Diese reduzierte Amplitude der Flußwege verringert die Hysteresis und Wirbelstromverluste in den Magneten
auf ein Mindestmaß und ermöglicht es dem gemeinsamen Magnetkernsegment außerdem, sowohl den Induktorfluß als auch den Transformatorfluß ohne wesentliche Vergrößerung der Querschnittsfläche des Kerns zu verkraften.
Es wurde bereits festgestellt, daß die integrierte magnetische Ausgangsvorrichtung der oben beschriebenen Art sich vorteilhaft in eine Hilfswicklung einbauen läßt, um Leckageenergie der Induktivität von der Primärwicklung des Transformators und/oder des Induktors mit dem Ausgang zu koppeln.
In Schaltspannungsquellen sind gewisse Maßnahmen erforderlich, um das Entstehen von zu starken induzierten Spannungen über der Schaltvorrichtung (gewöhnlicherweise ein Halbleiter) zu verhindern, sobald die Schaltspannungsquelle vom geschlossenen in den offenen Zustand übergeht. Wenn der geschaltete Strom plötzlich unterbrochen wird, kann die auf der Primärseite des Transformators durch den plötzlichen Zusammenbruchs des Stroms induzierte Spannung enorme Werte erreichen. Wenn nichts unternommen wird, kann die induzierte Spannung sogar die Durchschlagspannung des schaltenden Halbleiters übersteigen. Es hat sich deshalb eingebürgert, die Primärwicklung des Transformators mit einer Vorrichtung zur Aufnahme der Leckageinduktivitätsenergie im Transformator im Nebenschluß zu verbinden. Ein solcher Nebenschluß enthält üblicherweise einen Kondensator und eine Diode zur Errichtung einer Stromschleife, wodurch der Primärstrom des Transformators zur Änderung der Kapazität benutzt wird, sobald der Schalter offen ist. Wenn sich der Schalter wieder schließt, wird die in dem Kondensator gespeichterte Energie über einen Abgabepfad vernichtet, der den Schalter und ein Widerstandselement enthält.
Erfindungsgemäß wurde nun herausgefunden, daß die Leckageinduktivitätsenergie des Transformators und der zugehörigen Verdrahtung dazu benutzt werden kann, die Höhe der Leistungsabgabe zu steigern. Dies wird dadurch erreicht, daß die gespeicherte Energie des Kondensators (abgeleitet von der Leckageinduktivität) auf die Induktorausgangswicklung (oder die Sekundärwicklung des Transformators) über eine magnetisch mit ihr gekuppelte Hilfswicklung übertragen wird. Der in der Hilfswicklung vorhandene Strom erzeugt in dem magnetischen Kern beim Schließen des Schalters einen Fluß, und wenn sich der Schalter öffnet, induziert der Fluß eine Spannung, die am Ausgang auftritt. Da diese Energie dem Ausgangskreis zugeführt wird, trägt sie zur Leistungsabgabe bei und vergrößert somit den Leistungsabgabewirkungsgrad.
Somit betrifft die Erfindung eine integrierte magnetische Anordnung zur Verwendung in einer Gleichstromausgangsschaltung einer elektronischen Schaltspannungsquel1e , die mit einem Transformator, einem Induktor, magnetischen Kernsegmenten als Teil eines entsprechenden geschlossenen magnetischen Flußwegs für den Transformator und den Induktor und mit einem gemeinsamen magnetischen Kernelement versehen ist, das mit den magnetischen Kernsegmenten verbunden ist und die magnetischen Flußwege des Transformators und der Induktivität vervollständigt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine magnetische Kupplungsvorrichtung, vorzugsweise der oben beschriebenen Art, die eine Hilfswicklung aufweist, welche um einen der Kernsegmente gewickelt ist und magnetisch mit einer der Windungen in der Gleichstromausgangsschaltung so gekoppelt ist, daß während eines Teils des geschalteten Stromzyklus Energie auf den Spannungs- oder Netzausgang übertragen wird. Bei der bevorzugten Aus-
-πι führungsform einer Spannungsquel1e , die eine solche Vorrichtung enthält, wird die Hilfswicklung mit Energie des Kondensators einer "Dämpferschaltung" versorgt, die mit den Primärwicklungen des Transformators und der Induktivität verbunden ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher
erläutert. In der Zeichnung zeigen: IO
Fig. 1A und 1B schematische elektrische Schaltbilder
zweier Arten bekannter Schaltspannungsquel1 en , die insbesondere die magnetischen Ausgangsschaltungen für solche Quellen zeigen;
Fig. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer herkömmlichen SchaltspannungsquelIe , die die integrierte magnetische Anordnung der erfindungsgemäßen Art enthält,
Fig. 3 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer elektronischen SchaltspannungsquelIe der erfindungsgemäßen Art, die ebenfalls die bevorzugt integrierte magnetische Anordnung der hier beschriebenen Art enthält, wobei sich auf
einem einheitlichen Magnetkern eine Hilfswicklung befindet,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen integrierten magnetischen Anordnung,
Fig. 5 eine Vorderansicht der Kernkonstruktion der
erfindungsgemäßen integrierten magnetischen Anordnung ,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der B/H Charakteristik für einen Transformatorkern der in den
Schaltspannungsquel1 en verwendeten Art, wobei das Schaubild zur Erläuterung gewisser Prinzipien nützlich ist, die bei der beschriebenen integrierten Anordnung benutzt werden,
Fig. 6 und 8 schematisehe elektrisehe Schaltbilder zweier weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltspannungsquell en,
Fig. 9 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer elektronischen Schaltspannungsquel1e, in dem mehrere erfindungsgemäße Konzepte verwirklicht sind und das eine Vielzahl von Ausgängen an einer einzelnen integrierten magnetischen Anordnung, und
Fig. 10 ein schematisches elektrisches Schaltbild
einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltspannungsquelie des symmetrischen Typs. 20
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst die allgemeine Betriebsweise von Schaltspannungsquellen verständlich gemacht und eine Erläuterung einiger zum Stand der Technik führenden praktischen Ausführungsbeispiele gegeben.
Die Figuren 1A und 1B zeigen zwei Typen bekannter elektronischer Schaltspannungsquel1 en . Jede der gezeigten Figuren stellt nur die Ausgangsschaltungen für die Spannungsquellen dar. Die elektronischen Steuerschaltungen für die Regelung des Schaltfrequenz- und Lastzyklus sind der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen.
In Fig. 1A ist eine asymmetrische Schaltspannungsquel1e gezeigt, bei der die gleichgerichtete Eingangsspannung an die Eingangsklemmen 10 gelegt ist und von dort zu
dem Eingangsfilterkondensator C1 gelangt, der eine Gleichstromeingangsspannung erzeugt. Diese Eingangsspannung wird an die Primärschaltung des Ausgangstransformators T1 angelegt, dessen Primärwicklung mit der Schaltspannungsvorrichtung Q in Reihe liegt. In der Zeichnung hat der Schalter die Form eines mechanischen Schalters; jedoch ist in der Praxis fast immer ein Hochspannungsschalttransistor. Die Schaltervorrichtung Q wird durch nicht dargestellte Schaltungen oder Schaltkreise gesteuert, welche auf Veränderungen in den Leitungs- und Ausgangsspannungen ansprechen, um dadurch den Ausgangsparameter (beispielsweise die Ausgangsspannung V) auf dem geregelten Niveau zu halten.
Die Spannungsquelle hat eine Gleichstromausgangsschaltung zur Umformung des geschalteten Ausgangsstroms in Gleichstrom. Wie ersichtlich, verwendet eine representative Ausgangsschaltung Gleichrichterdioden D1 , D2 zur Zufuhr von Gleichstrom an die Ausgangsfi1terinduktivität L, durch die gleichgerichteter, gefilteter Ausgangsstrom zu den Ausgangsklemmen fließt. Die Ausgangsspannung wird über den Kondensator C2 erzeugt.
Figur 1B stellt eine neuere Entwicklung des Schalt-Spannungskonzepts dar, bei der die einzelne Ausgangsinduktivität L durch eine Induktivität ersetzt ist, die eine Primärwicklung L1 und eine Sekundärwicklung L2 aufweist. Die Wicklungen L1 und L2 sind so gepolt, daß L2 Ausgangspolarität aufweist, wenn der Schalter Q offen ist. Die Diode D3 ist umgekehrt gepolt, sobald der Schalter Q 'geschlossen ist, und die Sekundärwicklung des Transformators T1 an dem Ausgang liegt. Wenn also der Schalter Q geschlossen ist, ist die in der Ausgangswicklung L2 der Induktivität induzierte Spannung entgegengesetzt gepolt zur Ausgangsspannung V . Wenn jedoch der Schalter Q offen ist, speist die Wicklung L2 den Ausgang.
Wie bereits im obigen erläutert, ist ein Aspekt der Erfindung auf eine magnetische Anordnung gerichtet, die den Ausgangstransformator und Induktivitätselemente in einer einheitlichen Kernkonstruktion kombiniert.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Schaltspannungsquellen, welche derartige integrierte magnetische Anordnungen enthalten.
Die Spannungsquelle von Fig. 2 weist eine gewöhnliche
1^ Schaltung 11 zur Gleichrichtung des Wechselstromquellenstroms auf, der an den Klemmen 10' anliegt. Dieser gleichgerichtete Strom speist den Eingangsfilterkondensator C1. Wie ersichtlich, ist die Schaltervorrichtung Q ein Feldeffekttransistor, dessen Schaltwirkung von einem Signal gesteuert wird, das auf die Gitterelektrode übertragen wird, wobei derartige Signale durch die Schaltersteuerschaltungen 13 erzeugt werden. Die Schaltungen 13 können als Eingänge Spannungen empfangen, welche proportional von Steuerparametern sind, so beispielsweise der Leitungsspannung Vin und der Ausgangsspannung VQ. Der Schalter arbeitet bei hoher Frequenz, d.h. bei einer Schaltfrequenz von über 50 KHz und gewöhnlich 100 KHz. Erfindungsgemäß gehört die Induktorwicklung L1 körperlich zum Transformator T1 , so daß eine einheitliche magnetische Anordnung 14 der oben beschriebenen Form entsteht.
Die magnetische Anordnung der Spannungsquelle von Fig. 2 weist außerdem eine zusätzliche oder Hilfswicklung LJ auf, die mit einer "Dämpferschaltung" zusammenarbeitet, bestehend aus dem Kondensator C3 und der Diode D4, welche Dämpferschaltung an die Primärwicklung 16 des Transformators angeschlossen ist. Die Wicklung L1 ist mit der Diode D5 zwischen dem -V- -Leiter unter Verbindung von C3, D4 in Reihe geschaltet und ist Teil der hier beschriebenen einheitlichen magnetischen Anordnung.
Der von dem Kondensator C3 und der Diode D4 gebildete Nebenschluß ist so bemessen, daß er die Leckageinduktivitätsenergie im Primärkreis des Transformators absorbiert und mit der Wicklung LI dahingehend wirkt, daß die von der Primärwicklung des Transformators rückgewonnene Energie auf den Ausgang übertragen wird, wie dies im folgenden erläutert ist. Wenn der Halbleiter Q ausschaltet, ergibt sich ein rascher Abfall des geschalteten Stroms mit einem entsprechenden Aufbau der induzierten Spannung, der hauptsächlich der Leckageinduktivität zuzurechnen ist, und zwar gesehen von der Primärseite der magnetischen Schaltung. Die Dämpferschaltung der Diode D4 bildet einen Strompfad auf der Primär seite, um den Kondensator C3 auf die gezeigte Polarität zu laden. Die Diode D4 verhindert einenStromfluß in entgegengesetzter Richtung vom Gleichstromeingang. Während des restlichen Teiles des geschalteten Stromzyklus ist der Schalter Q geschlossen. Dies ermöglicht dem Kondensator C3 sich durch die Diode D5 und die Hilfswicklung L1 zu entladen, wodurch Spannung mit der angezeigten Polarität induziert wird. Dadurch wird in der Sekundärwicklung L2 der Induktivität im Gleichstromausgang eine Spannung induziert, wodurch es möglich wird, daß Strom (und Energie) von der Wicklung L2 auf die Ausgangsklemmen 12' übertragen wird. Deshalb wird die auf der Primärseite des Transformators eingefangene Energie auf den Induktorkern übertragen und dadurch auf die Sekundärseite der magnetischen Schaltung. Diese übertragung erfolgt, bevor der Hauptaufbau die Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung 17 des Transformators geschieht.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Hilfswicklung L1 vorzugsweise ein Bestandteil der integrierten magnetischen
Anordnung 14 ist. Der in Fig. 2 dargestellte Aufbau sieht jedoch einen körperlich und magnetisch unabhängigen Induktor vor, wobei die Induktorwindungen L1, L2 auf einem Magnetkern gewickelt sind, der nicht dem Kern des Transformators T1 zugeordnet ist.
In den Figuren 4 und 5 ist eine typische magnetische Anordnung 14 dargestellt, die einen E-förmigen magnetischen Transformatorkernteil 15 aufweist, der Schenkel 15a, 15b und 15c besitzt und Teil eines geschlossenen magnetischen Flußwegs ist, welcher die Primär- und Sekundärwicklungen 16, 17 des Transformators verbindet. Die Verbindungen zum Transformator erfolgen über Primärleiter 16a und Sekundärleiter 17a.
Die magnetische Anordnung weist eine Induktivität auf, welche aus zwei zueinander passenden, E-förmigen, magnetischen Induktivitätskernabschnitten 19, 25 zusammengesetzt ist, die mit Schenkeln 19a-19c bzw. 25a-25c und einem entsprechenden Basisteil 19d, 25d versehen sind. Obgleich die Kernabschnitte als E-förmige Teile dargestellt sind, sind auch andere herkömmliche Kernformen verwendbar. Die magnetischen Kernabschnitte der Induktivität bilden gemeinsam wenigstens einen geschlossenen magnetischen Flußweg. An der Verbindungslinie der Schenkel der beiden Ε-Abschnitte befindet sich ein dünnes Trennstück 28 aus Papier, das einen schmalen Spalt bildet, der Kernsättigung durch den Fluß verhindert, welcher durch den Gleichstromabfluß erzeugt wird. Eine Induktorwicklung L2 ist auf dem zentralen Schenkel 25b/19b angeordnet und dient zum Anschluß an die Ausgangsschaltung, um auf diese Weise ausgehenden Strom auf die Ausgangsklemmen 12' der Quelle zu übertragen.
Die Induktorwicklung L2 endet in Leitern 20a, die, wie aus Fig. 4 ersichtlich, so groß bemessen sind, daß
Spannungs- bzw. Stromverluste auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
Die in Fig. 4 dargestellte magnetische Anordnung weist ferner eine oder mehrere zusätzliche Induktorwicklungen zur Verwendung in Schaltungen der in den Figuren 2, 3, 7 und 8 dargestellten Art auf. Im einzelnen heißt das, daß die Wicklung L1 mit den Leitern 22a auf denselben Schenkel des Kerns ge wickelt ist und dadurch mit der Wicklung L2 magnetisch gekoppelt ist. Eine weitere Wicklung L3, die in den Schaltungen der Figuren 3 und 8 Verwendung findet, und deren Aufgabe kurz beschrieben wird, ist ebenfalls auf den zentralen Kernschenkel gewickelt und endet in Leitern 24a. Somit kann bei einer einzigen Ausgangsspannungsquelle der Induktor insgesamt zwei oder mehr Wicklungen tragen, die alle magnetisch gekoppelt sind, während der Transformator aus wenigstens den herkömmlichen beiden Wicklungen plus einer Hilfs transformatorwicklung für Schaltungskonfigurationen besteht, wie sie in den Figuren 3 und 8 dargestellt sind. Natürlich können bei einer VielfachausgangsspannungsquelIe zusätzliche Induktor- und Transformatorwicklungen eingebaut werden.
Wie am besten aus Fig. 5 hervorgeht, ist das gemeinsame magnetische Basissegment 25d des Kernabschnitts 25 an den Transformatorkernabschnitt 15 so angepasst, daß eine einheitliche körperliche Kernstruktur gebildet wird. Dieses gemeinsame Kernsegment 25d vervollständigt die magnetischen Flußwege für den Transformator und den Induktor und transportiert dadurch den magnetischen Fluß, der sich aus dem durch die Wicklungen sowohl des Transformators als auch des Induktors bewegenden Strom fluß ergibt. Die Wicklungen sind vorzugsweise elektrisch so gepolt, daß die Wechselstromkomponenten der
magnetischen Flüsse des Transformators und des Induktors, die schematisch in Fig. 5 dargestellt sind, in dem gemeinsamen magnetischen Kernsegment entgegengesetzte Polarität aufweisen und sich daher dort subtrahieren. Auf diese Weise läßt sich der Kernquerschnitt des Kernsegments 25d auf einem Minimum halten, und da ein Teil der magnetischen Kernmasse sowohl von dem Transformator als auch von dem Induktor benutzt wird, verringern sich die körperlichen Gesamtabmessungen, was Masse und Größe der Anordnung anbelangt. Infolgedessen weist eine Schaltspannungsquelle, die von der magnetischen Anordnung der hier beschriebenen Art Gebrauch macht, nicht nur kleinere Abmessung auf, sondern läßt sich im Hinblick auf den gemeinsamen magnetischen Aufbau auch wirtschaftlicher herstellen.
Unter Bezug auf die B/H-Graphik von Fig. 6 wird im folgenden die ähnliche Hysteresisschleife betrachtet. Die Form dieser Schleife ist typisch für Kernmaterialien, im vorliegenden Fall ein ferritisches Material wegen der Notwendigkeit der Betriebsweise bei hohen Schaltfrequenzen. Da jedoch die in dem Transformator als Folge des geschalteten Primärstroms erzeugte Spannung proportional der Frequenz ist, ist der Flußweg B,„,
a c
der zum Antrieb des Transformators benötigt wird, wesentlich kleiner als der für niedrige Frequenzen benötigte. Der Betriebsbereich des Transformators läßt sich demzufolge auf die in Fig. 6 gestrichelt dargestellte Fläche beschränken. Demzufolge weist der magnetische Kern eine Kapazität für die Aufnahme zusätzlichen Flusses ohne Sättigung auf, und bei der vorliegenden Erfindung wird diese Kapazität zur Aufnahme des magnetischen Flusses des Induktors benutzt. Der magnetische Kern kann auf diese Weise in den
Grenzen von Bm,v ohne überlagerung des Induktorgleich-
RiCt X
stromflusses und des Transformatorwechselstromf1usses
in dem magnetischen Kernsegment betrieben werden. Anders ausgedrückt, der integrierte Induktor und Transformator führt nicht zu einer Erhöhung der Kernmasse, sondern ermöglicht stattdessen, daß diese beiden elektromagnetischen Elemente zu einer einheitlichen Konstruktion bei verringerter Gesamtmasse und Größe vereinigt werden.
Es wird nun auf eine andere Ausführungsform einer
Schaltspannungsquelle der erfindungsgemäßen Art bezug genommen, die in Fig. 3 dargestellt ist. Wie die Schaltung von Fig. 2 so weist auch diese Schaltung einen Eingangsgleichrichter 11, einen Filterkondensator C1 und Schaltersteuerschaltungen 13 zur Betätigung des Ausgangsschalters Q (ein Feldeffekttransistor) bei einer Schaltfrequenz von über 50 KHz auf. Die Schaltervorrichtung Q ist mit der Primärwicklung 16 des Transformators sowie mit einer Induktorprimärwicklung L3 in Reihe geschaltet. Die
Sekundärwicklung 17 des Transformators ist in der
üblichen Weise angeschlossen, so daß Strom über den Gleichrichter D1 zum Ausgangsfilterkondensator C2, an dem die Ausgangsspannung V erscheint, fließt. Die Indüktorwicklungen L1-L3 sind magnetisch ge koppelt und in der gezeigten Weise gepolt, so daß die in der Wicklung L2 induzierte Spannung die Diode D3 leitend macht, sobald die Diode DI nicht leitete. Somit versorgen die Sekundärwicklung 17 des Transformators und die Ausgangswicklung L2 des Induktors die
Spannungsausgangsklemmen während abwechselnder Teile
des geschalteten Stromzyklus mit Strom. Die magnetischen Teile der Ausgangsschaltung sind in eine integrierte magnetische Anordnung 14 a eingebaut.
Im Betriebszustand, d.h. dann,wenn die Schaltvorrichtung Q in den geöffneten Zustand übergeht, findet
eine rasche Abnahme des geschalteten Stroms in den Primärwicklungen der magnetischen Schaltungen statt. Dadurch wird die Polarität der Spannungen, die in den Primärwicklungen 16 und L3 induziert wird» umgekehrt. Wie in Verbindung mit Fig. 2 erörtert, ist zur Begrenzung der Höhe der auf der Primärseite der magnetischen Teile induzierten Spannung ein "Dämpfer" eingebaut, der von der Primärseite der magnetischen Schaltung Energie aufnimmt. Somit ist die Reihenschaltung, bestehend aus dem Kondensator C3 und der Diode D4 an die Primärseite der magnetischen Schaltung angeschlossen, die in diesem Fall die Wicklungen 16 und L3 enthält. Demzufolge wird, sobald der Schalter Q offset, ein alternativer Stromweg über den Kondensator C3 und die Diode D4 errichtet, der es der in den magnetischen Schaltungen enthaltenen Energie ermöglicht, in den Kondensator C3 übertragen und dort gespeichert zu werden. Der Kondensator C3 lädt sich mit der Polarität auf ,die während dieses Abschnitts des geschalteten Stromzyklus herrscht.
Wenn die Schaltvorrichtung Q zurück in den geschlossenen Zustand schaltet, kehrt sich die Polarität der induzierten Primärspannungen wieder um. Das Schließen des Schalters Q schafft einen Ausgangsweg für den Kondensator C3 über die Diode D5 und die Hilfswicklung L1, wobei letztere zwischen -V. und der Diode D4 geschaltet ist. Dieser Entladungsstrom durch die Wicklung L1 vergrößert die Kernenergie, die sich bereits im Induktorkern befindet. Die in den Induktorwicklungen L1, L3 induzierten Spannungen, während der Schalter leitend ist, haben dieselbe Polarität und die Wirkung der Speicherenergie in dem Induktorkern. Diese gespeicherte magnetische Energie wird an die Ausgangsschaltung abgegeben, sobald der Schalter Q öffnet. Mit anderen Worten, während des Abschnitts des
-η-
geschalteten Stromzyklus, in dem der Schalter Q leitet, wird die in dem Induktor L2 induzierte Spannung von der Diode D3 gegen die Ausgangsklemmen abgeblockt, tritt also an diesen Ausgangsklemmen nicht in Erscheinung. Beim öffnen des Schalters Q wird die in der Wicklung L2 induzierte Spannung umgepolt und treibt die Diode D3 an, so daß diese leitend wird, sobald die induzierte Spannung die Spannung über C2 übersteigt. Die in dem induktiven Kern gespeicherte Energie wird daher zum Ausgang transportiert.
Es versteht sich aus der obigen Beschreibung, daß die Schaltung von Fig. 3 eine doppelte Begrenzungsfunktion für die induzierte Spannung in der magnetischen Primärschaltung ausübt sowie beim Speichern und übertragen der magnetischen Primärenergie auf den Spannungsausgang. Dies unterscheidet sich von gewissen beim Stand der Technik gefundenen Schaltungen, bei denen die in den magnetischen Primärkreisen eingeschlossene Energie absichtlich in einem oder in mehreren Widerstandselementen vernichtet wird. Wenn diese Lösung zur Anwendung gelangt, stellt die vernichtete Energie nichts anderes als vergeudete Energie dar und ist gleichzeitig begleitet von unerwünschter Wärmeerzeugung innerhalb der Stromzufuhrgrundplatte. Bei der Erfindung überträgt die Hilfswicklung auf den Induktorkern auf der Primärseite der magnetischen Schaltung gesammelte Energie auf die Gleichstromausgangsschaltung. Dies ist im wesentlichen eine verlustlose übertragung nutzbarer Energie.
Die Figuren 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen, die nach den obigen Konzepten arbeiten. Die Schaltung von Fig. 7 weist eine dritte Hilfswicklung 30 auf dem magnetischen Kern des Transformators T1 auf. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Schaltung einen separaten
Induktor L in der Gleichstromausgangsschaltung verwendet. Dieser Induktor kann jedoch einen Teil der einheitlichen, integrierten, magnetischen Konstruktion 14b aufweisen, die in der oben beschriebenen Weise gebaut ist, und zwar in Verbindung mit einem gemeinsamen magnetischen Kernsegment.
Ein wesentliches Merkmal der Schaltung von Fig. 7 bildet die Tatsache, daß die gespeicherte Energie,
die durch die Hilfswicklung 30 von dem Kondensator C3 der Dämpferschaltung empfangen wird, magnetisch an die Sekundärwicklung 17 des Transformators T1 gekoppelt ist. Somit wird die gespeicherte Energie zum Antrieb der Sekundärwicklung 17 benutzt. Zu diesem Zweck wird die Hilfswicklung 30 so gepolt, daß in der Sekundärwicklung 17, sobald der Schalter Q schließt und der Strom in ihm vom Kondensator C3 fließt, eine Spannung mit Ausgangspolarität induziert wird. Wie im Falle der Schaltungen der Figuren 2 und 3 wird der Kondensator C3 geladen, sobald der Schalter Q öffnet und sich die Spannung, die in der Primärwicklung 16 induziert wird, umkehrt. Die nur in einer Richtung leitende Diode D4 stellt sicher, daß der Dämpferkondensator C3 nur bei einer Verringerung des geschalteten Stroms, d.h.
2^ nur dann, wenn sich der Schalter Q öffnet, geladen wird. Die in der Dämpferschaltung gespeicherte Energie wird deshalb in dem anfänglichen Abschnitt der geschalteten Stromleitung zur Ausgangsschaltung transportiert.
D-je Schaltung von Fig. 8 enthält eine Kombination aller im vorigen beschriebenen Konzepte. Im einzelnen heißt das, sie verwendet eine einzelne, integrierte magnetische Anordnung 14 mit primären und sekundären Transformatorwicklungen, primären und sekundären Induktorwicklungen und Hi1fswicklungen 30, L1 sowohl
für den Transformator als auch für den Induktor. Die beiden HiIfswicklungen sind in Reihe geschaltet und beide nehmen Strom von dem Dämpfungskondensator C3 beim Schließen des Schalters Q auf. Es wird daraufhingewiesen, daß der Kapazitätswert von C3 so gewählt ist, daß Leckageinduktivitätsenergie in der magnetischen Primärschaltung absorbiert wird, wozu Ausgangsleckageinduktivität gehört, die auf die Primärseite der
magnetischen Elemente zurückgeführt wird. IO
Im Betriebszustand wirken die HiIfswicklungen von Fig. 8 dahingehend, daß sie Spannungen mit Ausgangspolarität in den Ausgangswicklungen von Transformator und Induktor induzieren, und zwar während wechselnder Abschnitte des geschalteten Stromzyklus. Somit wird in der Sekundärwicklung 17 des Transformators beim Schließen des Schalters Q eine Spannung mit Ausgangspolarität induziert und der gespeicherte Strom fließt durch die Hilfswicklung 30 ab. Während dieser Zeitspanne ist die in der Ausgangswicklung L2 des Induktors induzierte Spannung entgegengesetzt polarisiert, und die Wicklung L2 überträgt deshalb in dieser Zeit keine Energie an die Last, also den Abnehmer. Die in L2 induzierte Spannung erhält jedoch die Polarität des Ausgangs, sobald der Schalter Q wieder öffnet, so daß zu diesem Zeitpunkt die Wicklung L2 in der Lage ist, Strom an die Ausgangsklemmen zu liefern. Auf diese Weise findet von jeder HiIfswicklungen an eine der Ausgangswicklungen während wechselnder Abschnitte des geschalteten Stromzyklus eine Energieübertragung statt.
Die Spannungsquellenschaltung von Fig. 9 entwickelt die verschiedenen im obigen erläuterten Konzepte einer Vielfach-Ausgangskonfiguration weiter. Diese Schaltung arbeitet ähnlich wie die in Fig. 3 gezeigte Schaltung, ausgenommen die Tatsache, daß drei getrennte Spannungs-
ausgänge vorhanden sind. Zur Vereinfachung werden für Elemente, die denjenigen der Ausführungsform von Fig. entsprechen, gleiche Bezugszeichen verwendet. Vorzugsweise befinden sich alle magnetischen Elemente, wie dargestellt, in einer integrierten magnetischen Anordnung Hd, die die allgemeine Konfiguration der Anordnungen in den Figuren 4 und 5 aufweist, wobei die Kernabschnitte, die den Ausgangswicklungen L1-L3 des Transformators T1 und des Induktors zugeordnet sind, eine einheitliche Konstruktion bilden, die ein gemeinsames Kernsegment beherbergt.
Da die Schaltung von Fig. 9 nach demselben Prinzip arbeitetwie diejenige von Fig. 3, wird auf die Beschreibung von Fig. 3 zur Erläuterung der Funktionsweise der Elemente bezug genommen. Die wesentlichen zusätzlichen Dinge, die bei der Schaltung von Fig. 9 gefunden werden, sind die verschiedenen unabhängigen Transformatorausgangswicklungen 17., 172, 173 und die entsprechenden Induktorausgangswicklungen L2., L2p, L23. Jeder Satz Ausgangswicklungen wird von einer einzelnen Primärwicklung 16 bzw. L3 angetrieben. In ähnlicher Weise treibt die einzelne Hilfswicklung L1 alle drei Induktorausgangswicklungen an, wie dies im vorigen unter bezug auf Fig. 3 erläutert worden ist.
Die Schaltung von Fig. 10 entspricht einem abgeglichenen oder symmetrischen Typ einer Schaltspannungsquel1e mit den Merkmalen der Erfindung. Sie stellt typischerweise eine symmetrische Konfiguration der Spannungsquelle, entsprechend der asymmetrischen Konfiguration von Fig. 3 dar. Somit weist sie einen Induktor mit Primär- und Sekundärwicklungen L3 bzw. L2 auf und eine Hi1fsinduktorwicklung LI. Der Ausgangstransformator hat entsprechende Mittenabgriff-Primärwicklungen
und -Sekundärwicklungen 16a, 17a, wobei jede Primärwicklung mit einer der beiden wechselweise leitenden elektronischen Schalter Qt, Q2 in Reihe liegt. Der Kondensator C3 ist die Energiespeichervorrichtung der Dämpferschaltung, und die nur in eine Richtung leitenden Dioden Dia, DIb, D3, D4a, D4b, D5a und D5b Üben alle dieselbe Funktion aus wie ihre vergleichsweise numerierten Gegenstücke in Fig. 3. Die Dioden D6a, D6b blockieren die Schalterspannungen, die in den Primärwicklungen des Transformators induziert werden, die umgekehrte Strom-1 ei tung.
Im Betriebszustand fließt, sobald sich der Schalter im leitenden Zustand befindet, Strom von der positiven Klemme des Kondensators C1 über die primäre magnetische Schaltung L3, 16a, die Dioden D6a oder D6b und den Schalter Q1 oder Q2 zurück zur negativen Polklemme von C1. Wenn sich jeder Schalter öffnet, induziert die Leckageinduktivitätsenergie in der Primärwicklung 16a des Transformators eine Spannung und lädt über entweder D4a oder D4b den Kondensator C3. Wenn sich der andere Schalter schließt (im nächsten Halbzyklus), entlädt sich der Kondensator C3 über die Hilfswicklung L1 und die Diode D5a oder D5b, und zwar in Abhängigkeit davon, welcher Schalter leitend ist. Dies führt in dem Kondensator C3 zu einer Energieübertragung an die Ausgangsschaltung, und zwar aufgrund der entsprechenden induzierten Spannung in der Induktorausgangswicklung L2.
Wie im obigen,so befinden sich auch hier die magnetischen Wicklungen der Ausgangsschaltung vorzugsweise in einer einheitlichen magnetischen Konstruktion 14a, die den allgemeinen Kernaufbau aufweist, wie er in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist.
Es versteht sich, daß in den oben dargestellten Aus-
führungsbeispiel en mancherlei Abänderungen möglich sind, ohne daß vom Grundprinzip der Erfindung abgewichen wird. So läßt sich beispielsweise die integrierte magnetische Anordnung mit einer besonderen Kernform, Größe und Abhängigkeit ausstatten, wobei wiederum in Übereinstimmung mit den Konstruktionsparametern, die letztlich vom Anwendungsfall bestimmt werden, Form und Gestalt des Kerns zur Disposition stehen. Dazu kommt, daß das Prinzipder Verwendung einer Hilfsinduktorwicklung zur Einsparung und übertragung von Energie auf die Ausgangsschaltung nicht von der hier beschriebenen speziellen integrierten magnetischen Anordnung abhängt. In dieser Hinsicht können, obgleich vorzugsweise eine integrierte magnetische Anordnung Verwendung finden soll, separate Transformator- und Induktorelemente eingesetzt werden.

Claims (27)

PATENTANSPRÜCHE
1. Integrierte magnetische Anordnung für eine elektronische Schaltspannungsquelle, gekennzeichnet durch: einen Transformator (TI) mit wenigstens einer Primärwicklung (16) die durch den geschalteten primären Ausgangsstrom der Spannungsquelle erregbar ist, wenigstens einer Sekundärwicklung (17) zur Speisung von Ausgangsstrom an die Ausgangsschaltung und einen magnetischen Kernabschnitt (15) des Transformators, der Teil eines geschlossenen magnetischen Flußwegs ist, welcher die Primär- und Sekundärwicklungen (16, 17) verbindet,
ferner durch einen Induktor (L), der einen magnetischen Induktorkernteil (19, 25) aufweist, welcher Teil eines geschlossenen magnetischen Flußwegs ist, sowie eine Induktorwindung (11, L2) auf dem Induktorkernteil, die an den Ausgangsstrom zur Ausgangsstromschaltung anschließbar ist, und durch ein gemeinsames magnetisches Kernsegment (25d), das mit dem Transformator (C1) und den Induktorkernteilen (19, 25) zu einer einheitlichen Kernkonstruktion verbunden ist und das jede der magnetischen Flußbahnen des Transformators (T1) und Induktors (L) vervollständigt und dadurch den magnetischen Fluß, der sich sowohl in der Primärwicklung (L1) des Induktors als auch in der Primärwicklung (16) des Transformators einstellt,
!5 transportiert.
2. Integrierte magnetische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hilfswicklung (13) auf dem Induktorkernteil (19, 25), die magnetisch mit der Induktorwicklung (11, L2) gekoppelt ist und die in der Lage ist, während eines Abschnitts des geschalteten Stromzyklus Energie auf den Induktorkernteil zu übertragen.
3. Integrierte magnetische Anordnung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der entsprechenden Querschnittsabmessungen des Transformatorkernteils und des Induktorkernteils (15, 19, 25) im wesentlichen gleich ist.
4. Integrierte magnetische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (15, 19, 25) aus ferritischem Material bestehen, und daß der Transformator (T1) bei Schaltfrequenzen von über 50 KHz ohne übermäßige magnetische Energieverluste arbeitet.
-3-5. Integrierte magnetische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zweite Hilfswicklung (30), die auf den Magnetkernabschnitt (15) des Transformators (T1) gewickelt ist und magnetisch mit der Sekundärwicklung (17) gekoppelt ist, mit der Hilfswicklung (L3) des Induktors in Reihe geschaltet und so gepolt werden kann, daß wahrend des Abschnitts des geschalteten Stromzyklus, in dem der Strom durch die Primärwicklung (16) des Transformators fließt, Energie auf die Sekundärwicklung übertragen wird.
6. Elektronische Schaltspannungsquelle mit einer magnetischen Vorrichtung zur Übertragung von geschalteten! Strom auf eine Gleichstromausgangsschaltung, g e k e η η ζ e i c h η e t durch ein Ausgangstransformator (T1) mit einem magnetischen Kern, der durch den geschalteten Strom erregbar ist, und einer Sekundärwicklung (17), die mit der Gleichstromausgangsschaltung verbunden ist, um an diese geschalteten Strom abzugeben, ferner durch einen Induktor (L) in der Gleichstromausgangsschaltung, der aus einem Magnetkern und einer auf diesem befindlichen Ausgangswicklung besteht, die so geschaltet ist, daß Gleichstrom während wenigstens eines Teils des geschalteten Stromzyklus an den Spannungsausgang abgegeben wird, eine Hilfswicklung (L3), die magnetisch mit einer der Wicklungen (l_1, L2) der Ausgangsschaltung zur Übertragung von Energie auf einen der Magnetkerne während wenigstens eines Abschnitts des geschalteten Stromzyklus gekoppelt ist, und durch eine Dämpferschaltung, die an der Primärwicklung (16) des Transformators (T1) liegt, um bei Verringerung des geschalteten Stroms von dort empfangene Energie zu speichern und die so gespeicherte Energie während eines Abschnitts des geschalteten Stromzyklus auf die Hilfswicklung (L3) zu übertragen.
7. Elektronische Schaltspannungsquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Dämpferschaltung einen Kondensator (C3) und ein nur in einer Richtung leitendes Element (D4) aufweist, das mit ersterem in Reihe liegt, um einen Stromweg zur Aufladung des Kondensators mit Energie aus der ersten Primärwicklung zu errichten, sobald die in dieser Wicklung induzierte Spannung einer Polarität entspricht, wobei die Spannungsquelle ferner eine Einrichtung (D5) zur Errichtung eines Ladungswegs für den Kondensator (C3) über die Hilfswicklung (L1) während des Abschnitts des geschalteten Stromzyklus aufweist, in dem der geschaltete Strom in der Primärwicklung (16) des Transformators (T1) fließt.
8. Elektronische Schaltspannungsquel1e nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (Q), die mit der Primärwicklung (16) des Transformators (T1) in Reihe liegt, und daß die Einrichtung (D5) zur Errichtung eines Entladungswegs sowohl die Schalteinrichtung (Q) als auch eine nur in einer Richtung leitende Vorrichtung umfasst, so daß der Kondensator (T3) bei Betätigung der Schalteinrichtung (Q) in die Hilfswicklung (L1) entladbar ist,
9. Elektronische Schaltspannungsquel1e nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung (L1) auf den Magnetkern des Induktors (L) gewickelt ist und magnetisch mit der Ausgangswicklung des Induktors gekoppelt ist, um während einer Periode des geschalteten Stromzyklus Energie auf diese zu übertragen.
10. Elektronische SchaltspannungsquelIe nach einem
der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeic h n e t , daß der Magnetkern des Induktors (L) und der
-δι Transformatorkern eine einheitliche magnetische Konstruktion (14) bilden, die ein gemeinsames Kernsegment aufweist.
11. Elektronische Schaltspannungsquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das gemeinsame Kernsegment einen gemeinsamen Flußweg für die Flüsse des Induktors (L) und Transformators (T1) bildet.
12. Elektronische SchaltspannungsquelIe nach
Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (Q) zur Erzeugung eines geschalteten Stroms für den Transformatorausgang und eine Schaltsteuervorrichtung zur Betätigung der Schalteinrichtung (Q) mit einer Schaltfrequenz von nicht weniger als etwa 50 KHz.
13. Elektronische Schaltspannungsquelle nach
Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung (L3) auf den Magnetkern des Transformators (T1) gewickelt und so gepolt ist, daß Energie auf die Sekundärwicklung (17) des Transformators übertragbar ist, sobald der geschaltete Strom durch die Primärwicklung (16) des Transformators fließt.
14. Elektronische Schaltspannungsquelle nach einem der Ansprüche 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (L1) des Induktors (L) mit der Primärwicklung (16) des Transformators (T1) in Reihe geschaltet und magnetisch mit der Ausgangswicklung des Induktors gekoppelt ist, daß die Primärwicklung des Induktors (L) so gepolt ist, daß Strom über die Ausgangswicklung des Induktors auf die Ausgangsschaltung übertragbar ist, und zwar abwechselnd zur übertragung auf die Sekundärwicklung des Transformators.
15. Elektronisehe Schaltspannungsquelle nach einem der Ansprüche 6 bis 14, mit einer magnetischen Einrichtung zur übertragung geschalteten Stroms auf die Gleichstromausgangsschaltung, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (Q), einen Ausgangstransformator (T1) mit einem Magnetkern, einer Primärwicklung (16), die mit dem elektronischen Schalter (Q) in Reihe liegt und durch den geschalteten Strom erregbar ist, und einer Sekundärwicklung (17), die an die Gleichstromausgangsschaltung angeschlossen ist, um geschalteten Strom an diese abzugeben, sobald der Schalter (Q) geschlossen ist, ferner durch einen Induktor (L) in der Gleichstromausgangsschaltung, mit einem Magnetkern und einer auf diesem befindlichen Wicklung (L1, L2), die so geschaltet ist, daß während wenigstens eines Teils des geschalteten Stromzyklus Gleichstrom an den Strom- oder Spannungsausgang abgegeben wird, ferner durch eine Hilfswicklung (L3) auf dem Magnetkern des Transformators (T1), die magnetisch mit der genannten Sekundärwicklung (17) gekoppelt ist, und durch eine Energiespeicherschaltung, die an die Primärwicklung (16) des Transformators (1) angeschlossen ist, um Energie von dieser Wicklung zu speichern, während der Schalter (Q) sich öffnet, und die so gespeicherte Energie während eines Teils des geschalteten Stromzyklus auf die Hilfswicklung zu übertragen.
16. Elektronische Schaltspannungsquel1e nach
Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Energie beim Schließen des Schalters (Q) auf die Hilfswicklung übertragbar ist.
17. Elektronische SchaltspannungsquelIe nach
Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Energiespeicherschaltung einen Kondensator (C3) und ein nur in einer Richtung leitendes Element (D1a, D1b, D3, D4a, D4b, D5a, D5b) aufweist, die mit dem Kondensator in Reihe liegen und so gepolt sind, daß sie in Vorwärtsrichtung betrieben werden, so daß der Kondensator durch die in der Primärwicklung induzierte Spannung aufladbar ist, sobald der Schalter (Q) öffnet.
18. Elektronische SchaltspannungsquelIe nach
Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Induktorprimärwicklung (L1) auf dem Magnetkern des Induktors (L) , die magnetisch mit der Induktorausgangswicklung gekoppelt ist und mit der Primärwicklung (1υ, des Transformators (T1) in Reihe liegt und so gepolt ist, daß Energie in seinem Kern gespeichert wird, sobald der Schalter (Q) geschlossen wird und daß eine Spannung mit Ausgangspolarität in der Ausgangswicklung des Induktors (L) induziert wird, sobald der Schalter (Q) öffnet.
19. Elektronische Schaltspannungsquelle nach
Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Hilfswicklung auf dem Magnetkern des Induktors (L), die magnetisch mit der Ausgangswicklung des Induktors gekoppelt ist und mit der Hilfswicklung des Transformators (T1) in Reihe geschaltet ist, um von der Energiespeicherschaltung gespeicherte Energie aufzunehmen, wobei die Hilfswicklung des Induktors so gepolt ist, daß in der Induktorausgangsschaltung beim öffnen des Schalters (Q)
O0 eine Spannung mit Ausgangspolarität induziert wird.
20. Elektronische Schaltspannungsquelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung des Transformators so gepolt ist,
^5 daß beim Schließen des Schalters (Q) in der Sekundärwicklung (17) eine Spannung mit Ausgangspolarität induziert wird.
-B-
,
21. Elektronische Schaltspannungsquel1e nach einem der Ansprüche 15, 18, 19, 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern des Induktors (L) und der Magnetkern des Transformators (T1) eine einheitliche magnetische Konstruktion (14) bilden, die ein gemeinsames magnetisches Kernsegment (15) besitzen, das einen gemeinsamen Flußweg für die Flüsse von Transformator und Induktor bildet.
22. Elektronische Schaltspannungsquelle , mit einer Schaltvorrichtung (Q) zur Steuerung des Arbeitszyklus der geschalteten Ausgangsschaltung und einer Gleichstromausgangsschaltung zur Umwandlung von geschaltetem Strom in ausgehenden Gleichstrom, gekennzeichnet durch einen Transformator (T1)
mit einer Primärwicklung (16), die so angeschlossen ist, daß sie von dem geschalteten Strom erregt wird, einer Sekundärwicklung (17) in der Gleichstromausgangsschaltung zur Stromabgabe an die Ausgangsspannungs-
quelle einen magnetischen Kernteil, der Teil eines 20
geschlossenen magnetischen Flußwegs ist, welcher die Primär- und Sekundärwicklungen (16, 17) miteinander verbindet, ferner durch einen Induktor (L), bestehend aus einem magnetischen Kernteil, der Teil eines
magnetischen Flußwegs ist, und wenigstens einer 25
Induktorwicklung auf dem magnetischen Kernteil, die so angeschlossen ist, daß sie während eines Abschnitts des geschalteten Stromzyklus Ausgangsstrom liefert, und durch ein gemeinsames magnetisches Kernsegment (15),
das mit den Kernteilen des Transformators und des 30
Induktors (19, 25) zur Bildung einer einheitlichen Kernkonstruktion (14) verbunden ist und das jeden dieser magnetischen Flußwege vervollständigt.
23. Elektronische Schaltspannungsquel1e nach 35
Anspruch 22, gekennzeichnet durch
wenigstens eine Hilfswicklung auf einem der magnetischen Kernteile und durch eine an die Primärwicklung (16) des Transformators angeschlossene Vorrichtung zur Speicherung von Energie, die von der Wicklung aufgenommen wird, sobald die in der Wicklung induzierte Spannung einer Polarität entspricht, sowie zur Obertragung dieser Energie auf die Hilfswicklung, sobald die induzierte Spannung die entgegengesetzte Polarität annimmt, wobei die Hilfswicklung dahingehend wirkt, daß sie in der Ausgangsschaltung auf dem magnetischen Kernteil während eines Abschnitts des geschalteten Stromzyklus eine Spannung mit Ausgangspolarität induziert.
24. Integrierte magnetische Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5 zur Verwendung für Vielfach! eistungsabgabe, gekennzeichnet durch wenigstens eine ergänzende Transformatorsekundärwicklung auf dem Magnetkern des Transformators (T1), die magnetisch mit der auf dem Kern befindlichen Primärwicklung (16) gekoppelt ist, und durch wenigstens eine ergänzende Induktorwicklung auf dem Magnetkernteil des Induktors (L), die auf den in ihm herrschenden magnetischen Fluß anspricht.
25. Elektromagnetische Schaltspannungsquel1e nach einem der Ansprüche 6, 9, 10, 21, 22 und 23, gekennzeichnet durch wenigstens eine ergänzende Transformatorsekundärwicklung (17) auf dem Magnetkernteil des Transformators, die magnetisch auf den in ihm herrschenden Fluß anspricht, und durch wenigstens eine ergänzende Induktorwicklung (L1, L2) auf dem Magnetkernteil des Induktors, die magnetisch auf den in ihm herrschenden Fluß anspricht, wobei die ergänzenden Wicklungen an Mehrfachausgangsschaltungen zum Antrieb getrennter elektrischer Lasten anschließbar sind.
26. Elektronische Schaltspannungsquelle symmetrischer Konfiguration mit einer magnetischen Einrichtung zur übertragung geschalteten Stroms auf die Ausgangsklemmen (12) einer Gleichstromausgangsschaltung, gekennzeichnet durch ein Paar elektronischer Schaltvorrichtungen (Q1, Q2), die abwechselnd in den leitenden Zustand bringbar sind, einen Ausgangstransformator (T1) mit einem Magnetkern, wenigstens einer Primärwicklung mit Mittenabgriff (16a), die so geschaltet ist, daß sie geschalteten Strom in Abhängigkeit von der wechselnden Betriebsweise der Schaltvorrichtungen aufnimmt, sowie durch wenigstens eine Sekundärwicklung in der Gleichstromausgangsschaltung, um während jeder Hälfte des geschalteten Stromzyklus an den Ausgangsklemmen (12) der Spannungsquelle eine induzierte Spannung mit Ausgangspolarität zu erzeugen, ferner durch einen Induktor (L) in der Gleichstromausgangsschaltung, der aus einem Magnetkern und wenigstens einer auf diesem befindlichen Ausgangs-
2Q wicklung aufgebaut ist,welche so geschaltet sind, daß die Gleichstromausgangsklemmen (12) während wenigstens eines Teils des geschalteten Stromzyklus mit Gleichstrom versorgt werden, ferner durch eine Hilfswicklung (L3) auf den genannten Kernen, die magnetisch mit einer der genannten Wicklungen in der Ausgangsschaltung gekoppelt ist, um während wenigstens eines Abschnitts des geschalteten Stromzyklus auf einen der genannten Magnetkerne Energie zu übertragen, schließlich durch eine Dämpferschaltung, die an den MittenabgriffSegmenten der Transformatorprimärwicklung (16a) angeschlossen ist, um bei Beendigung des leitenden Zustands des ihr zugeordneten Schalters (Q) von einem entsprechenden Primärwicklungsabschnitt empfangene Energie zu speichern und diese gespeicherte Energie auf die Hilfs-
g5 wicklung (L3) zu übertragen, sobald der andere dieser Schalter (Q) in den leitenden Zustand versetzt wird.
27. Elektronische Schaltspannungsquelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern des Induktors (L) und der Magnetkern des Transformators (T1) eine einheitliche magnetische Konstruktion (14) mit einem gemeinsamen Kernsegment bilden.
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