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Verfahren zur umrichterfreien Erzeugung hoher Spannungen - Ruhe-Reihenschaltung / Ruhe - Parallelschaltung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000020176D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 11 (2003-11-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Nov-25
Document File: 3 page(s) / 68K

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Siemens

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Abstract

Zur Erzeugung hoher Gleichspannungen aus geringen Gleichspannungen wird ueblicherweise eine Kombination aus Wechselrichter, Transformator und Gleichrichter verwendet. Ein Transformator erzeugt jedoch magnetische Wechselfelder, die bei Anwendungen mit externen Magnetfeldern, z.B. bei NMR-Tomographien (Nuklear Magnetische Resonanztomographien), stoeren koennen. Eine andere Variante zur Erzeugung hoher Gleichspannungen ist der sogenannte Marx-Generator, der eine Anzahl von Kondensatoren parallel zur Eingangsspannung auflaedt und durch das Zuenden von Funkenstrecken (Schalterwirkung) diese Kondensatoren in Reihe schaltet und damit einen Hochspannungsstoss generiert. Funkenstrecken realisieren jedoch keine duale Schaltstellung (in Ruhe in Reihe, bei Schalterbetaetigung parallel) und koennen nicht beliebig geringe Spannungen und Leistungen liefern. Eine hier vorgeschlagene Methode ist die Ruhe-Reihenschaltung. Sie erreicht ein duales Wirkungsprinzip mittels Dioden und einem aktiven Schaltglied (Abb. 1) und realisiert die Kaskaden-Umschaltung von Parallel- und Reihenschaltung der Kondensatoren. Ist das Schaltglied geschlossen, werden die Kondensatoren geladen. Mit dem Oeffnen des Schaltgliedes befinden sich die Kondensatoren in Reihenschaltung und generieren eine Spannung, die im Betrag bzgl. der Eingangsspannung (um die Anzahl der Kondensatoren plus eins) vervielfacht ist. Je nachdem ob die Restspannung oder die Sperrspannungsfestigkeit der Dioden bzw. des Schalters die groessere Einschraenkung darstellt, ergeben sich zwei Schaltungsvarianten (Abb. 1 - links und rechts). Eine dritte Variante (Abb. 2) realisiert die Kaskaden-Umschaltung mittels Transistoren und einem aktiven Schaltglied. Dabei koennen Dioden und Schalter die gleiche Sperrspannungsfestigkeit aufweisen. Im Gegenteil zum Marx-Generator, der eine hohe Gleichspannung nur fuer die kurze Zeit des Zuendens der Funkenstrecken zu Verfuegung stellen kann, ist die Ruhe-Reihenschaltung in der Lage, die hohe Gleichspannung ueber eine lange Zeit und sehr verlustarm bereit zu stellen.

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Verfahren zur umrichterfreien Erzeugung hoher Spannungen - Ruhe- Reihenschaltung / Ruhe - Parallelschaltung

Idea: Dr. Oliver Heid, DE-Erlangen

Zur Erzeugung hoher Gleichspannungen aus geringen Gleichspannungen wird ueblicherweise eine Kombination aus Wechselrichter, Transformator und Gleichrichter verwendet. Ein Transformator erzeugt jedoch magnetische Wechselfelder, die bei Anwendungen mit externen Magnetfeldern, z.B. bei NMR-Tomographien (Nuklear Magnetische Resonanztomographien), stoeren koennen. Eine andere Variante zur Erzeugung hoher Gleichspannungen ist der sogenannte Marx-Generator, der eine Anzahl von Kondensatoren parallel zur Eingangsspannung auflaedt und durch das Zuenden von Funkenstrecken (Schalterwirkung) diese Kondensatoren in Reihe schaltet und damit einen Hochspannungsstoss generiert. Funkenstrecken realisieren jedoch keine duale Schaltstellung (in Ruhe in Reihe, bei Schalterbetaetigung parallel) und koennen nicht beliebig geringe Spannungen und Leistungen liefern.

Eine hier vorgeschlagene Methode ist die Ruhe-Reihenschaltung. Sie erreicht ein duales Wirkungsprinzip mittels Dioden und einem aktiven Schaltglied (Abb. 1) und realisiert die Kaskaden- Umschaltung von Parallel- und Reihenschaltung der Kondensatoren. Ist das Schaltglied geschlossen, werden die Kondensatoren geladen. Mit dem Oeffnen des Schaltgliedes befinden sich die Kondensatoren in Reihenschaltung und generieren eine Spannung, die im Betrag bzgl. der Eingangsspannung (um die Anzahl der Kondensatoren plus eins) vervielfacht ist. Je nachdem ob die Restspannung oder die Sperrspannungsfestigkeit der Dioden bzw. des Schalters die groessere Einschraenkung darstellt, ergeben sich zwei Schaltungsvarianten (Abb. 1 - links und rechts). Eine dritte Variante (Abb. 2) realisiert die Kaskaden-Umschaltung mittels Transistoren und einem aktiven Schaltglied. Dabei koennen Dioden und Schalter die gleiche Sperrspannungsfestigkeit aufweisen. Im Gegenteil zum Marx-Generator, der eine hohe Gleichspannung nur fuer die kurze Zeit des Zuendens der Funkenstrecken zu Verfuegung stellen kann, ist die Ruhe-Reihenschaltung in der Lage, die hohe Gleichspannung ueber eine lange Zeit und sehr verlustarm bereit zu stellen.

Eine zweite hier vorg...