DK166113B - Kredsloeb til automatisk symmetrikorrektion for en chopper med symmetrisk stroem - Google Patents

Description

i

DK 166113B

Opfindelsen omhandler et kredsløb til automatisk symmetrisk korrektion for en chopper med symmetrisk strøm og af den i krav l's indledning angivne art. Sådanne kredsløb er anvendelige i forbindelse med statiske omsættere 5 og regulatorer med jævnstrøm og forsynet med strøm-chop-pere med transformatorer.

Blandt de forskellige kendte jævnstrømsomformere- eller regulatorer med transformator frembyder de symmetriske 10 kredsløb i forhold til de asymmetriske kredsløb mindst tre fordele som følger: 1) de udnytter hele transformatorkernens magnetiske dynamik, hvilket muliggør at nedbringe transformatorens di- 15 mensioner og fremstillingspris for samme udgangsfrekvens, ydelse og effekt, 2) de ønskede og leverede impulsstrømme har den dobbelte frekvens af driftsfrekvensen, hvilket letter filtrerings- 20 problemerne, og 3) det cykliske forhold, dvs. forholdet mellem energi overføringstiden og varigheden af en cyklus, kan være meget nær ved ét, hvilket formindsker de effektive strømme 25 i alle effektkomponenterne.

Selv om de symmetriske kredsløb således teoretisk frembyder fordele, rejser de imidlertid konstruktionsmæssige problemer. Almindeligvis kræves der et større antal kom-30 ponenter end for de asymmetriske kredsløb, og deres styrekredse er mere komplekse. Risikoen for samtidig ledning i de to ledningskanaler og opretholdelsen af en fuldkommen driftssymmetri mellem de to kanaler medfører konstruktionsvanskeligheder .

35

Der er talrige grunde til funktionsmæssig asymmetri, hvoriblandt de grunde, der skyldes de to symmetrisk mon-

DK 166113B

2 terede komponenters forskellige driftskarakteristikker som følge af asymmetrisk trådføring eller anbringelsen af integrerede kredsløb på deres trykte kredsløb .og som følge af en længdeforskel mellem de rektangulære styrebølge-5 profiler for to afbrydere eksempelvis på grund af en ufuldkommenhed i styrekredsen eller p.g.a. genindførelsen i styrekredsens følsomme trin af en del af spændingsbølgekammene eller af savtakprofilet for de i transformatorens primære vikling og sekundære vikling løbende strøm-10 me, indført ved usymmetriske kapacitive eller induktive parasitære forbindelser.

Den asymmetriske drift medfører en forskydning af transformatorens arbejdspunkt i forhold til dens magnetiske 15 dynamik, en formindskelse af energiydelsen og en formindskelse af driftssikkerheden, og den fører til en overdimensionering af effektkomponenterne samt indfører en risiko for ustabilitet.

20 Fra US-A-4 301 499 kendes et kredsløb af den omhandlede art, hvor der med henblik på symmetrikorrektion er indskudt en til chopperens arbejdsfrekvens afstemt parallelresonanskreds i chopperens strømtilførselskreds. Denne resonanskreds har en høj impedans ved arbejdsfrekvensen 25 og en lav impedans ved den dobbelte arbejdsfrekvens. . Da selvinduktionens polarisering ved denne konstruktion hele tiden varierer med strømmen gennem hver af de to kanaler, kan der forekomme variation i induktansen og dermed i resonanskredsens frekvens med det resultat, at den med re-30 sonanskredsen tilsigtede udligning af skævheder i de to strømbaners strømme kun opnås i ufuldstændig grad.

Opfindelsen har til formål at angive et kredsløb af den omhandlede art, som med enkle midler gør det muligt at 35 eliminere asymmetri i strømmene gennem de to strømkanaler.

3

DK 166113 B

Dette opnås ifølge opfindelsen ved at kredsløbet er opbygget som angivet i krav 1's kendetegnende del.

Hensigtsmæssige enkeltheder ved kredsløbet er angivet i 5 krav 2-4.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, der viser en strømforsyningskreds med en chopper forsynet med et kredsløb til automatisk symmetrisk 10 styring ifølge opfindelsen.

Den på figuren viste strømforsyningskreds med chopper omfatter en chopper-strømkreds 1 koblet til en ensretnings-og filtreringsenhed 2, vist beliggende inden for med 15 kortstreg-linier optrukne rektangler. Strømforsynings kredsen omfatter endvidere en styrekreds 3 med impuls-breddemodulation og en reguleringsenhed 4. Kredsløbet ifølge opfindelsen til automatisk symmetriske styring er angivet ved 5, ligeledes vist inden for et med kortstreg-20 linier optrukket rektangel.

Strøm-chopper-kredsen på fig. 1 består af to strømafbry dere 6 og 7 i form af transistorer, thyristorer eller dermed ækvivalente komponenter, monteret i "push-pull"-25 kobling og forbundet med hver sin ende af to primære halvviklinger 8 og 9 af en transformator T. De modsatte ender af halwiklingerne er indbyrdes forbundne til dannelse af et midtpunkt i primærviklingen af transformatoren T, der påtrykkes en føde jævnspænding V+ til chopper-30 kredsen 1. De to andre ender af strømafbryderne 6 og 7 er ligeledes indbyrdes forbundne til jordpunktet M for chop-per-kredsen 1 igennem en modstand R10, der indgår i korrektionskredsen 5.

35 Transformatorens T sekundære vikling består af to halvviklinger 10 og 11, af hvilke to ender er indbyrdes forbundne til dannelse af et midtpunkt, og hvis to andre en-

DK 166113B

4 der er forbundne med anoderne i ensretterdioder 12 og 13 i ensretter- og filtreringsenhedén 2. Diodernes 12 og 13 katoder er indbyrdes forbundne til dannelse af en ensretterkreds med dobbelt halvperiode, og fællespunktet for de 5 to katoder er forbundet med den ene ende af en filterspole 14, der sammen med en kondensator 15 danner et lavpas-filter i ensretter- og filtreringsenheden 2 til udfiltre-ring af middelkomposanten for den af de to dioder 12 og 13 leverede strøm. Udgangsspændingen fra chopper-fø- 10 dekredsen udtages fra kondensatorens 15 klemmer.

Chopper-kredsens strømafbrydere 6 og 7 styres af to udgange henholdsvis og Cg i styrekredsen 3, der styrer strømmens gennemgang skiftevis gennem strømafbryderne 6 15 og 7. I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen består styrekredsen 3 af den af firmaet SILICON GENERAL markedsførte komponent betegnet SG1524. Denne komponent omfatter typisk en savtakbølge-generator med konstant frekvens, en komparator til sammenligning af det savtak-20 formede signal med udgangssignalet fra en operationsforstærker 16, og en logisk fordelingskreds til fremsendelse af sammenligningsresultatet skiftevis til udgangene henholdsvis og Cg. Operationsforstærkeren 16 er ved sin minus-indgang forbundet dels med en referencespænding 25 Vref gennem en modstand R2, dels med en udgang Vg i den automatiske korrektionskreds 5 igennem to serieforbundne modstande Rg dg R^. En modstand Rg er ligeledes monteret mellem operationsforstærkerens 16 udgang og minusrindgang for at addere spændingerne Vg og Vref-igennem summations-30 modstandene Rg, R^ og Rg. Operationsforstærkerens 16 plus-indgang er forbundet med en udgang fra reguleringscellen 4, der sammenligner amplituden af spændingen .

over kondensatorens 15 klemmer med en ikke vist intern referencespænding i reguleringsenheden til påtrykning af 35 et fejlsignal på operationsforstærkerens 16 plus-indgang igennem en modstand R7·

DK 166113 B

5

Det beskrevne kredsløb kompletteres af kredsen 5, der omfatter en serieresonanskreds i form af en selvinduktionsspole L og en kondensator C, der er serieforbundne til klemmerne af modstanden og derved koblet til de to af 5 afbryderne 6 og 7 dannede ledende kanaler. Fællespunktet for spolen L og kondensatoren C er forbundet med udgangsklemmen Vg af den automatiske korrektionskreds 5.

Det forudsættes, at de af styrekredsens 3 udgange C1 og 10 C2 leverede styresignaler påtrykkes på styreindgangene til afbryderne 6 og 7 med frekvenser omkring 50 kHz, og strømforsyningen med chopper fungerer da på følgende måde: 15 I den ovenfor beskrevne udførelsesform for opfindelsen går de af strømafbryderne 6 og 7 leverede strømme henholdsvis 1^ og I2 gennem den fælles koblingsmodstand R^q, der forbinder jordpunktet for fødekredsen til chopper-strømforsyningskredsen med begge strømafbryderne 6 og 7.

20 Antages det, at disse afbrydere fungerer strengt symmetrisk, er det ved modstandens R10 klemmer optrædende signal et trapezformet signal med en frekvens 2f = 100 kHz.

Antages nu, at der optræder en asymmetri i chopper-føde-25 kredsens funktion, vil den ene af to trapezer få sin amplitude forøget, og der vil over klemmerne på modstanden RlO optræde en modulationskomposant med frekvensen f.

Denne modulation med residualfrekvensen f udnyttes af resonanskredsen dannet af spolen L og kondensatoren C, hvis 30 værdier er justeret til dannelse af en bølgefælde med en sådan resonans, at ligningen L.C. (2.ir.f = 1 er opfyldt.

35 Under disse betingelser vil den af spolen L og kondensatoren C dannede kreds komme i resonans ved frekvensen f = 50 kHz af de på afbrydernes 6 og 7 styreindgange påtrykte

DK 166113B

6 styresignaler. Det signal, der optræder på kondensatorens C klemmer, er et sinusformet signal, hvis amplitude ved frekvensen f er proportional med størrelsen af symmetrifejlen. Dette signal påtrykkes via korrektionskredsens 5 5 udgang Vg operationsforstærkerens 16 minus-indgang igennem modstandene Rg og R^, hvorved det signal, der markerer symmetrifejlen, kan adderes til det af reguleringsenheden 4 leverede fejlsignal og styre åbningen af afbryderne 6 og 7 for at korrigere den af korrektionskredsen 5 10 konstaterede symmetrifej1.

Det bemærkes, at det til forbedring af symmetrikorrektionen for de to ledende kanaler dannet af strømafbryderne 6 og 7 er hensigtsmæssigt at fremskynde korrektionssigna-15 lets fase. Det er også muligt at fremskynde korrektions-signalets fase ved omhyggeligt at regulere værdierne af kondensatoren C eller af selvinduktionsspolen L omkring den ideale værdi, der nøjagtigt opfylder ligningen L.C.-(2.*.f)2 = 1.

20 25 30 35

Claims (5)

1. Kredsløb til automatisk symmetrikorrektion for en 5 chopper med symmetrisk strøm og omfattende to strømkanaler (6,7), der skiftevis styres af to signaler med frekvensen f, som tilføres af en styrekreds (3), og som ved et fælles punkt er koblet til en jævnstrømsforsyningsklemme på chopperen igennem en modstand (Rio ^k e n " 10 detegnet ved, at korrektionskredsen indeholder en resonanskreds (LC) afstemt til frekvensen f og forbundet parallelt med modstandens ender samt koblet til styrekredsen (3) til regulering af symmetrien mellem amplituderne af de strømme, der går igennem de to strømkanaler 15 (6,7), som funktion af amplituden af de af resonanskred sen (LC) frembragte svingninger med frekvensen f.

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at resonanskredsen (1) er en serieresonanskreds. 20

3. Kredsløb ifølge krav 2, kendetegnet ved, at serieresonanskredsen (LC) omfatter mindst én selvinduktionsspole (L) og en kondensator (C) forbundet i serie, og at spolens og kondensatorens fællespunkt (Vg) er kob- 25 let til en indgang (-) af styrekredsen til regulering af symmetrien af de igennem de to strømkanaler flydende strømme.

4. Kredsløb ifølge krav 3, kendetegnet ved, at 30 styrekredsen omfatter en operationsforstærker (16), en savtakgenerator med konstant frekvens, en komparator indrettet til at sammenligne savtaksignalet med operationsforstærkerens (16) udgangssignal, en fordelingslogikkreds til påtrykning af sammenligningsresultatet på skiftevis 35 den ene og den anden af de to strømkanaler (6,7) og til regulering af strømmenes symmetri, hvorhos operationsforstærkeren (16) ved sin minus-klemme er forbundet med en 8 DK 166113 B referencespænding (Vref) og ved sin plus-klemme forbundet med fællespunktet for resonanskredsens selvinduktionsspole (L) og kondensator (C).

5 10 15 20 25 30 35