FI113918B - Ensiosäätöinen hakkuriteholähde - Google Patents

Description

113918

Ensiösäätöinen hakkuriteholähde - Primärreglerad effektkälla av kopplingstyp

Keksintö koskee yleisesti hakkuriteholähteen anto-ominaisuuksien säätämistä tietyl-5 lä ohjauskytkennällä. Erityisesti keksintö koskee hakkuriteholähteen ensiöpuolen tiettyä yksinkertaista rakennetta, jolla pystytään pitämään toisiopuolen jännite ja virta halutuissa rajoissa.

Hakkuriteholähteitä käytetään yleisesti sovelluksissa, joissa halutaan kontrolloida 10 tarkasti ja monipuolisesti tasajännitettä tuottavan laitteen antojännitettä ja -virtaa. Hakkuriteholähteen periaatteena on sähkötehon syöttäminen sykäyksittäin induktiiviseen komponenttiin, jonka magneettikenttä varastoi energiaa. Sopivalla purkukyt-kennällä varastoitunut energia puretaan antojännitteeksi ja -virraksi, joiden arvoja voidaan säätää muuttamalla sykäyksittäisen syötön ominaisuuksia. Sähköturvalli-15 suus edellyttää monesti, että hakkuriteholähteen otto- ja anto-osien välillä ei ole galvaanista kytkentää. Tavallinen ratkaisu on tällöin käyttää erotusmuuntajaa, jossa on yksinkertaisimmillaan yksi ensiökäämi ja yksi toisiokäämi. Muuntaja jakaa teholähteen ensiöpuoleen ja toisiopuoleen, jolloin ensiöpuolen kytkennät syöttävät sähkötehoa ensiökäämiin, muuntajan magneettikenttä siirtää tehon toisiokäämiin ja toisio-20 puolen kytkennät purkavat tehon toisiokäämistä antojännitteeksi ja -virraksi.

Yksinkertaisin säätömenetelmä, jolla voidaan vaikuttaa galvaanisesti erotetun hak-: ;' kuriteholähteen antojännitteen ja -virran arvoon, on ns. vakiotehosäätö, jossa ensiö- . · ·. puoli syöttää erotusmuuntajaan aina saman sähkötehon. Voidaan riittävällä tarkkuu- 25 della olettaa, että tällöin myös teholähteen antoteho on vakio. Koska antoteho on . · ’ ‘ toisaalta antovirran ja antojännitteen tulo, vakiotehosäädössä antojännite ja -virta . . ovat kääntäen verrannollisia toisiinsa eli antojännitteen pienetessä antovirta kasvaa ja päinvastoin. Monimutkaisemmissa säätöjärjestelmissä toisiopuolella on usein erilliset antojännitteen ja -virran mittauskytkennät, joiden tuottama signaali välittyy 30 palautesignaalina ensiöpuolelle optoerottimen tai pienen signaalimuuntajan kautta.

'·· Monissa sovelluksissa sekä antojännitteellä että antovirralla on tietty sallittu mak- : ‘ simiarvo, jolloin pelkkä vakiotehosäätö ei riitä. Toisiopuolella tehtäviin mittauksiin ' perustuvilla säätömenetelmillä on helppo rajoittaa teholähteen anto-ominaisuudet 35 tiettyjen maksimiarvojen alapuolelle, mutta palautesignaalin johtamiseksi tarvittava • · · ’ optoerotin tai signaalimuuntaja lisää teholähteen rakenteellista monimutkaisuutta ja : ·.. valmistuskustannuksia. Tekniikan tasosta tunnetaan myös järjestelyjä, joissa hak- : * ’ *: kuriteholähteen ensiöpuolella olevat säätökytkennät rajoittavat laitteen toimintaa 2 113918 niin, että antojännite ja -virta eivät ylitä sallittuja maksimiarvoja. Esimerkiksi yhdysvaltalainen patenttijulkaisu numero US-4 172 276 käsittelee hakkuriteholähdettä, jonka erotusmuuntajassa on ensiö- ja toisikäämin lisäksi kolmas käämi, joka tuottaa ensiöpuolelle tietyn apujännitteen. Ensiövirtaa katkovan kytkintransistorin kytkentä-5 pulssitusta säätää tiettyjen kondensaattorien ja zener-diodin muodostama referenssi-jännite, jossa ongelmana on erityisesti zener-diodin yli olevan potentiaalieron riippuvuus sen läpi kulkevasta virrasta. Tekstissä esitetään eräänä mahdollisuutena va-kiovirtalähteen kytkeminen zener-diodin rinnalle, mutta varsinainen julkaisun esittämä keksintö perustuu siihen, että korjatun referenssijännitteen muodostamiseksi 10 zener-diodin yli olevaan jännitteeseen summataan kompensointijännite, joka muo dostuu mitatun ensiövirran mukaan. Ensiöpuolella on siis virranmittauspiiri. Toisaalta käytetään myös lisäkäämiä toisiojännitteen aaltomuodon havaitsemiseksi ja imitoimiseksi ensiöpuolella. Alkuperäinen, zener-diodin kautta virtaa kytkentätran-sistorin kannalla syöttävä referenssijännite muodostuu juuri tämän lisäkäämin avul-15 la.

Suomalaisesta patenttihakemuksesta numero FI-952571 tunnetaan kytkentä, joka säätää hakkuriteholähteen antojännitettä ja -virtaa erittäin monipuolisesti ja tarkasti pelkkien ensiöpuolen kytkentöjen toiminnan perusteella. Julkaisun mukaisessa rat-20 kaisussa erotusmuuntajaan sisältyvä lisäkäämi muodostaa kuvajännitteen, joka vastaa aaltomuodoltaan toisiojännittettä. Kuvajännitettä korjataan erilaisilla korjauster-; ,: meillä, jotka kompensoivat sen vääristymiä hakkuriteholähteen anto-ominaisuuksien : : ‘ muuttuessa. Kytkintransistorin kytkentäpulssien pulssisuhde määräytyy korjatun ku- : ‘ vajännitteen perusteella. Julkaisun mukainen hakkuriteholähde on tarkoitettu käytet- . · 25 täväksi erityisesti akkulatureissa, joissa antovirran on pysyttävä lähes vakiona anto- : . jännitteen noustessa purkautuneen akun napajännitettä vastaavasta arvosta täyden ‘ . akun napajännitettä vastaavaan arvoon ja antojännitteen on tämän jälkeen pysyttävä tietyn maksimiarvon alapuolella, vaikka täyteen latautunut akku ei vastaanota enää merkittävästi virtaa. Julkaisun mukainen kytkentä täyttää hyvin sille asetetut tavoit-30 teet, mutta on rakenteensa puolesta suhteellisen monimutkainen, mikä nostaa valmistuskustannuksia.

; : Tämän keksinnön tavoitteena on esittää hakkuriteholähteen anto-ominaisuuksien säätömenetelmä, joka on toteutettavissa yksinkertaisella rakenteellisella ratkaisulla.

35 Keksinnön tavoitteena on myös esittää hakkuriteholähde, jossa antovirran ja -jännitteen säätökytkentä on yksinkertainen. Keksinnön tavoitteena on erityisesti, että sen : ' · · mukainen menetelmä ja hakkuriteholähde soveltuvat hyvin teholähteiden laajamit- ; ”': täiseen sarjatuotantoon.

3 113918

Keksinnön tavoitteet saavutetaan muodostamalla ensiöpuolen kytkennöillä anto-ominaisuuksien vertailuikkuna, jonka sisäpuolella teholähde noudattaa vakioteho-säätöä ja jonka ulkopuolella toimintaa rajoitetaan lisäkäämillä tuotetun apujännit-teen perusteella.

5

Keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaiset piirteet on esitetty menetelmää koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Keksintö kohdistuu myös hakkuriteholähteeseen, jonka tunnusomaiset piirteet on 10 esitetty hakkuriteholähdettä koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisesti hakkuriteholähteen annetaan toimia vakiotehosäätömoodissa niin kauan, kun toisiopuolen tuottama antojännite ei toisaalta nouse liian suureksi 15 eikä toisaalta laske liian pieneksi. Antojännitteen arvioimiseksi ensiöpuolella muodostetaan toisiojännitteeseen verrannollinen apujännite, jonka arvo ohjaa kytkintran-sistorin kytkentäpulssien muodostumista. Kun apujännitteen arvo on ns. vertailu-ikkunassa eli sallittuja anto-ominaisuuksien maksimiarvoja kuvaavien arvojen välillä, teholähde toimii vakiotehosäätöisesti. Kun apujännite nousee suuremmaksi 20 kuin suurinta sallittua antojännitettä vastaava arvo, se kytkee käyttöön tietyn rajoi-tinkytkennän, joka pienentää kytkintransistorin kytkentäpulsseja. Vastaavasti apu-. , jännitteen laskeminen minimiarvon alapuolelle tarkoittaa, että antovirta pyrkii kas- : ;* vamaan yli sallitun arvon, jolloin apujännitteen pieneen arvoon reagoiva rajoitinkyt- ’;: ‘ k entä jälleen pienentää kytkintransistorin kytkentäpulsseja.

25 ·. ,· Rajoitinkytkennät on helppo toteuttaa esimerkiksi kahdella zener-diodilla, joista en- • · simmäisen estosuuntainen kynnysjännite on suurempi kuin toisen, jolloin vertailuik- : kunassa pysyminen tarkoittaa, että apujännitteen arvo on zenerdiodien estosuuntais- ten kynnysjännitteiden välillä. Zener-diodit järjestetään kytkennässä siten, että jos 30 apujännite kasvaa itseisarvoltaan suuremmaksi kuin ensimmäisen zener-diodin esto-. ·. suuntainen kynnysjännite tai laskee itseisarvoltaan pienemmäksi kuin toisen zener- diodin estosuuntainen kynnysjännite, kyseisen zener-diodin läpi estosuuntaan kulke-

• I I

• · 4 113918 va sähkövirta pienentää sähköenergian määrää siinä piirin osassa, joka tuottaa kyt-kintransistorin kytkentäpulssit.

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitet-5 tyyn edulliseen suoritusmuotoon ja oheisiin kuviin, joissa kuva 1 esittää keksinnön periaatetta, kuva 2 esittää kytkentäkaaviota keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesta 10 hakkuriteholähteestä ja kuva 3 esittää kuvan 1 tai 2 mukaisen hakkuriteholähteen antovirta-antojännite- kuvaajaa.

15 Kuva 1 on periaatekuva galvaanisesti erotetusta hakkuriteholähteestä, joka sisältää keksinnön mukaisen piirijärjestelyn antojännitteen ja -virran säätämistä varten. Otto-jänniteliitännän 10 kautta hakkuriteholähde liitetään vaihtojännitteeseen, joka voi olla esimerkiksi tavanomaisen sähkönjakeluverkon jännite (Suomessa 230 V, 50 Hz). Lohko 11 tasasuuntaaja vakavoi ottojännitteen sekä estää teholähteen syn-20 nyttämiä häiriöitä etenemästä vaihtojänniteverkkoon. Erotusmuuntajan 12 ensiö-käämi 12ajakytkintransistori 13 muodostavat tasasuunnattuun ottojännitteeseen kytketyn sarjavirtapiirin, jossa kytkintransistori 13 katkoo ensiökäämin 12a kautta : kulkevaa virtaa sen mukaan, millaisia kytkentäpulsseja sen kannalle tulee pulssin- ;" * · muodostuslohkosta 14. Pulssinmuodostusta ohjaa osaltaan apujännitteen muodostus- . · ·. 25 lohko 15, joka muodostaa apujännitteen muuntajassa 12 olevan lisäkäämin 12b : * ’ avulla. Apujännitteen muodostuslohkosta 15 on tässä tapauksessa kaksi signaalilin- jaa pulssinmuodostuslohkoon 14, joista signaalilinjöistä ensimmäinen (>max) välittää tiedon siitä, että apujännite on suurempi kuin tietty antojännitteen maksimiarvoa vastaava arvo ja toinen (<min) välittää tiedon siitä, että apujännite on pienempi kuin 30 tietty antojännitteen minimiarvoa vastaava arvo. Muuntajan 12 toisiokäämiin 12c on liitetty toisiojännitteen muodostus-ja vakavointilohko 16, jonka toisella puolella on , *·· antojänniteliitäntä 17. Hakkuriteholähteen antojännite on liitännän 17 napojen välil- ; * lä oleva jännite ja antovirta on näiden napojen välillä kulkeva virta.

35 Kuvan 1 mukainen hakkuriteholähde toimii seuraavasti. Pulssinmuodostuslohko 14 •: ’. muodostaa kytkentäpulsseja, jotka saattavat kytkintransistorin 13 vuoroin johtavaan • ja vuoroin johtamattomaan tilaan. Lohkon 11 muodostaman jännitteen ansiosta en- siökäämissä 12a kulkee virta aina, kun transistori 13 on johtavassa tilassa. Virran 5 113918 muutos varastoi energiaa muuntajan 12 magneettikenttään. Kun transistori 13 lakkaa johtamasta, magneettikenttään varastoitunut energia purkautuu pääasiassa toisiokää-min 12b kautta toisiojännitteen muodostus-ja vakavointilohkoon 16. Pieni osa energiasta purkautuu myös lisäkäämin 12c kautta apujännitteen muodostuslohkoon 15.

5 Koska magneettinen kytkentä muuntajan 12 eri käämien välillä on vakio eikä riipu virran tai jännitteen arvoista, apujännitteen arvo on verrannollinen toisiojännitteen arvoon ja sitä kautta antojännitteen arvoon.

Normaaliolosuhteissa toisiojännitteen muodostus-ja vakavointilohko 16 syöttää an-10 tojänniteliitännän 17 kautta tietyn määrän sähkötehoa kuormaan (ei esitetty kuvassa), jolloin kuvan hakkuriteholähde toimii vakiotehosäätöisenä eli ensiöpuolen muuntajaan 12 syöttämä sähköteho on oleellisesti vakio. Jos antovirta pienenee esimerkiksi antojänniteliitäntään 17 kytketyn, ladattavana olevan akun tullessa täyteen ladatuksi, antojännite pyrkii nousemaan. Edellä selostetun mukaisesti tämä näkyy 15 myös apujännitteen itseisarvon kasvuna lohkossa 15. Kun apujännitteen itseisarvo ylittää tietyn ensimmäisen kynnysarvon, lohko 15 lähettää linjaa >max pitkin tiedon tästä pulssinmuodostuslohkoon 14, joka reagoi pienentämällä pulssisuhdetta eli kyt-kentäpulssien suhteellista osuutta kytkennän jaksonajasta. Vastaavasti jos antovirta kasvaa vakiotehosäädön aikana, antojännite laskee, mikä näkyy apujännitteen itseis-20 arvon pienenemisenä lohkossa 15. Kun apujännitteen itseisarvo alittaa tietyn toisen kynnysarvon, lohko 15 lähettää linjaa <min pitkin tiedon tästä pulssinmuodostus-. lohkoon 14, joka reagoi jälleen pienentämällä pulssisuhdetta.

;Kuvassa 1 esitetyistä toiminnallisista lohkoista esillä oleva keksintö liittyy lähinnä 25 lohkoihin 14 ja 15. Lohkojen Ilja 16 mukaiset toiminnot ovat sinänsä tunnettuja.

•... · Kuten analogiaelektroniikassa yleensä, toiminnallisten lohkojen ei käytännössä tar- ’·· vitse olla selvästi erillisiä rakenneosia vaan ne voivat lomittua toisiinsa monin ta- :]; voin. Esimerkiksi apukäämi voi toimia myös pulssinmuodostuslohkon 14 osana.

30 Kuvassa 2 on erään hakkuriteholähteen kytkentäkaavio, joka esittää keksinnön eräs-. ·. tä yksityiskohtaista suoritusmuotoa. Ottojänniteliitännän napoja on merkitty kirjai milla L ja N. Vastus Rl, diodit Dl, D2, D3 ja D4, kela LI ja kondensaattorit C1 ja ’ C2 tasasuuntaavat ja vakavoivat ottojännitteen samalla tavalla kuin lohko 11 kuvas- sa 1. Erotusmuuntajaa on merkitty MElläja MOSFET-tyyppistä kytkintransistoria 35 QEllä. Ensiövirran kulkureitti käsittää tasasuunnatun ottojännitteen napojen välillä sarjaan kytketyt muuntajan Ml ensiökäämin, kytkintransistorin Q1 ja vastuksen R7.

* ♦

Kytkintransistorin kytkentäpulssit muodostuvat oskillaattoripiirissä, jonka osat ovat vastusketju R2-R3-R4, vastukset R5, R8, RIO ja R12, zener-diodi D6, transistori 6 113918 Q2, diodi D7 sekä kondensaattorit C3, C4, C5 ja C22. Mainittu vastusketju on kytketty tasasuunnatun ottojännitteen positiivisen navan sekä vastuksen R5 ja kondensaattorin C4 välisen pisteen väliseen pisteeseen, josta on vastuksen R5 kautta yhteys transistorin Q2 kollektorille ja kytkintransistorin Q1 hilalle (gate) sekä kondensaat-5 torin C4 kautta yhteys apukäämin ensimmäiseen napaan. Kondensaattorin C4 ja apukäämin välisestä pisteestä on yhteys vastuksen R12 kautta transistorin Q2 kannalle, joka puolestaan on kytketty vastuksen R8 kautta sekä kytkintransistorin Q1 lähteeseen (source) että apukäämin toiseen napaan. Kondensaattori C5 ja vastus RIO muodostavat sarjakytkennän apukäämin napojen välille. Kondensaattori C3 ja diodi 10 D7 on kytketty rinnan transistorin Q2 emitterin ja tasasuunnatun ottojännitteen negatiivisen navan välille (diodin D7 katodi on kytketty transistorin Q2 emitteriin). Kondensaattori C22 on kytketty transistorin Q2 kannan ja tasasuunnatun ottojännitteen negatiivisen navan välille. Zener-diodi D6 on kytketty estosuuntaan NPN-tyyppisen transistorin Q2 kollektorin ja emitterin välille.

15

Apujännitteen muodostamiseksi piirissä on vastukset Rl 1, R13 ja R14, kondensaattori C23, NPN-transistori Q3, diodi D5 sekä zener-diodit D8 ja D9. Diodin D5 katodi on kytketty vastuksen RIO ja kondensaattorin C5 väliseen pisteeseen ja sen anodi on kytketty vastuksen Rl3 kautta pisteeseen A, jonka potentiaali on apujännit-20 teen kannalta hyvin tärkeä. Tämän pisteen ja tasasuunnatun ottojännitteen negatiivisen navan välillä ovat rinnan kytkettyinä kondensaattori C23 ja vastus R14. Pistee-. seen A on kytketty myös molempien zener-diodien D8 ja D9 anodit. Näistä zener- diodin D8 katodi on yhteydessä transistorin Q2 emitteriin ja transistorin Q3 kollek-toriin ja zener-diodin D9 katodi on yhteydessä transistorin Q3 kannalle ja vastuksen 25 R11 kautta apukäämin ensimmäiseen napaan.

Toisiopuolella muuntajan Ml toisiokäämi, diodi D20 ja kondensaattori C20 muo- : .dostavat flyback-tyyppisen hakkuriteholähteen toisiopuolen peruskytkennän. Zener- diodi D22 ja kondensaattori C21 on kytketty rinnan kondensaattorin C20 napojen .30 välille antojännitteen rajoittamiseksi, kun kuorma irrotetaan. Antojännitenavat ovat . · · ·. suoraan samat kuin toisiojännitenavat eli toisiokondensaattorin C20 navat.

• · • » '. ’ : Seuraavaksi selostetaan kuvan 2 mukaisen piirin toimintaa. Ottojännitteen tasasuun- :: taus- ja vakavointiosien toiminta on hyvin tunnettua eikä siihen puututa tässä. Kun ....: 35 laitteeseen kytketään virta, vastusketj un R2-R3 -R4 kautta kulkeva virta varaa kon- ,,: densaattorin C4 täyteen, jolloin kytkintransistorin Q1 hilan potentiaali nousee posi- * » tiiviseksi ja kytkintransistori tulee johtavaksi. Muuntajan Ml ensiökäämin, kytkin-transistorin Q1 ja vastuksen R7 kautta alkaa kulkea kasvava sähkövirta, joka varas- 7 113918 toi energiaa muuntajan magneettikenttään. Samalla kytkintransistorin Q1 ja vastuksen R7 välisen pisteen potentiaali alkaa nousta ja kondensaattori C22 alkaa varautua, mikä kasvattaa transistorin Q2 kanta-emitteri-jännitettä. Kun transistorin Q2 kanta-emitterijännite on noussut riittävän suureksi, transistori Q2 tulee johtavaksi ja 5 purkaa kytkintransistorin hilalla olleen varauksen diodin D7 kautta. Purkautumista nopeuttaa kondensaattorin C3 varautuminen. Kytkintransistori lakkaa johtamasta, jolloin myös transistori Q2 lakkaa johtamasta ja muuntajan Ml magneettikenttään varastoitunut energia purkautuu suurimmaksi osaksi toisiopuolelle. Osa energiasta purkautuu kuitenkin apukäämin kautta indusoiden siihen virran, joka on vastakkais-10 suuntainen verrattuna pieneen virtaan, joka indusoitui apukäämiin ensiökäämin virran vaikutuksesta. Apukäämin, kondensaattorin C5 ja vastuksen RIO muodostama silmukka toimii vaimennuspiirinä, jonka tehtävänä on vaimentaa muuntajan Ml ha-jainduktanssiin varautuneen energian purkauksesta aiheutuva jännitepiikki. Kun kaikki muuntajaan Ml varautunut energia on purkautunut, toimintasykli alkaa alus-15 ta.

Diodi D5 toimii tasasuuntaajana, joka muodostaa pisteeseen A kondensaattorin C23 tasaaman negatiivisen potentiaalin, jonka itseisarvo on verrannollinen toisiojännit-teeseen. Zener-diodit D8 ja D9 säätävät ensiöpuolen toimintaa tämän potentiaalin 20 ohjaamina. Zener-diodin D8 estosuuntainen kynnysjännite on näistä suurempi. Oletetaan aluksi, että toisiovirta on hyvin pieni, jolloin toisiojännite pyrkii nousemaan ‘i , vakiotehosäädön periaatteen mukaisesti. Koska apukäämistä diodilla D5 tasasuun- ; ’ natun negatiivisen jännitteen itseisarvo on verrannollinen toisiojännitteeseen, pis- :"' teen A potentiaali on sitä negatiivisempi, mitä suurempi toisiojännite on. Kun zener- , * 25 diodin D8 yli oleva estosuuntainen jännite kasvaa suuremmaksi kuin kyseisen zener- : . diodin estosuuntainen kynnysjännite, zener-diodi alkaa johtaa estosuunnassa, mikä ‘ · vetää transistorin Q2 emitteriä negatiivisemmaksi. Tällöin hyvinkin pieni ensiövir- ran indusoima virta apukäämin ja vastusten R8 ja R12 muodostamassa virtasilmu-kassa riittää saattamaan transistorin Q2 johtavaksi, jolloin kytkintransistorin Q1 joh-30 tamisjaksot jäävät hyvin lyhyiksi ja sen energian määrä, jonka ensiöpuoli syöttää erotusmuuntajaan, vähenee. Jos toisiovirta alkaa kasvaa, toisiojännite laskee, mikä ! ' · näkyy ensiöpuolella pisteen A potentiaalin itseisarvon pienenemisenä. Kun zener- ; V diodi D8 ei enää johda estosuunnassa, teholähde toimii taas tavallisella vakioteho- it\ * säädön periaatteella.

... 35

Oletetaan seuraavaksi, että toisiovirta jatkaa kasvamistaan, jolloin toisiojännite ja siihen verrannollinen pisteen A potentiaalin itseisarvo pienenevät. Niin kauan, kun piste A on riittävän negatiivinen pitääkseen zener-diodin D9 johtavana estosuunnas- 8 113918 sa, transistorin Q3 kannan potentiaali pysyy alhaisena eikä transistori Q3 johda. Jos zener-diodin D9 yli oleva estosuuntainen jännite laskee pienemmäksi kuin zener-diodin D9 estosuuntainen kynnysjännite, se lakkaa johtamasta estosuunnassa ja transistorin Q3 kannalle tulee vastuksen Rl 1 kautta tietty positiivinen jännite, jol-5 loin transistori Q3 menee saturaatiotilaan muodostaen uuden virtatien transistorin Q2 emitterin ja tasasuunnatun ottojännitteen negatiivisen navan välille. Pienillä virroilla tyypillisen NPN-transistorin kollektori-emitterijännite saturaatiotilassa on vain noin 50 mV eli varsin pieni verrattuna diodin D7 yli olevaan noin 0,6 V:n myötä-suuntaiseen jännitteeseen. Tämä lisää kussakin toimintasyklissä tapahtuvaa kytkin-10 transistorin Q1 hilan varauksen purkautumista, mikä vähentää erotusmuuntajaan syötettävän sähkötehon määrää.

Kuva 3 esittää virta-jännitekuvaajaa, jossa vaaka-akseli kuvaa hakkuriteholähteen antovirtaa ja pystyakseli kuvaa hakkuriteholähteen antojännitettä. Akselien asteikot 15 ovat viitteellisiä eikä niillä ole tämän selostuksen kannalta merkitystä. Käyrä B kuvaa yleisesti antojännitettä antovirran funktiona, kun hakkuriteholähteessä käytetään vakiotehosäätöä. Käyrän 1/X-tyyppisestä muodosta nähdään, että antovirran ja anto-jännitteen tulo on kussakin käyrän pisteessä vakio. Käyrä C kuvaa yleisesti anto-jännitettä antovirran funktiona, kun hakkuriteholähteessä käytetään vakiotehosäätöä 20 ja vakioteho on asetettu pienemmäksi kuin käyrän B tapauksessa. Paksulla viivalla esitetty kuvaaja D esittää kuvien 1 ja/tai 2 mukaisen hakkuriteholähteen toiminta-; käyrää. Osa Dl vastaa vakiotehosäätöä ns. normaaliolosuhteissa eli silloin, kun an- : ‘ tojännite ja -virta ovat jossakin sallittujen maksimiarvojen välillä. Kuvaajan D osa . ". Dl vastaa kuvan 2 esittämässä suoritusmuodossa tilannetta, jossa zener-diodin D8 * » 1 25 yli oleva estosuuntainen jännite on pienempi kuin kyseisen zener-diodin estosuun- ;' ‘ ’ täinen kynnysjännite, mutta zener-diodin D9 yli oleva estosuuntainen jännite on t · ‘. , suurempi kuin kyseisen zener-diodin estosuuntainen kynnysjännite. Vakiotehosää- dön kannalta oleellinen kytkintransistorin Q1 hilavarauksen purkautuminen kussakin toimintasyklissä tapahtuu tällöin transistorin Q2 ja diodin D7 kautta. Kuvaajan D 30 osa D2 vastaa kuvan 2 suoritusmuodossa antovirran rajoitustilannetta, jossa molempien zener-diodien D8 ja D9 yli oleva estosuuntainen jännite on pienempi kuin kum-I '· mankaan diodin estosuuntainen kynnysjännite. Tällöin kytkintransistorin Q1 hila- ; ;' varauksen purkautuminen kussakin toimintasyklissä tapahtuu transistorien Q2 ja Q3 kautta. Kuvaajan D osa D3 vastaa kuvan 2 suoritusmuodossa antojännitteen rajoi-... 35 tustilannetta, jossa pisteen A negatiivisen potentiaalin itseisarvo on niin suuri, että ; , molemmat zener-diodit D8 ja D9 johtavat estosuunnassa, mikä vetää puolestaan \ ’. transistorin Q2 emitteriä negatiivisemmaksi edellä kuvatulla tavalla.

I t k I i | 9 113918

Kuvan 2 esittämä hakkuriteholähde sisältää edellä selostettujen piirteiden lisäksi automaattisen kompensoinnin ottojännitteen vaihteluja vastaan. Laite on suunniteltu toimimaan ainakin AC-ottojännitteen arvoilla 95:stä 264:een volttiin, joka tasasuun-nattuna ja vakavoituna tarkoittaa jännitealuetta noin 70:stä noin 370:een volttiin.

5 Energia E, joka varautuu yhden toimintasyklin aikana muuntajan magneettikenttään induktanssin arvolla L, noudattaa tunnetusti kaavaa 10 missä virran I nousunopeus kytkintransistorin johtaessa on suoraan verrannollinen tasasuunnatun ottojännitteen arvoon. Toisaalta teho P, jonka ensiöpuoli syöttää muuntajaan on yhdessä syklissä varautuvan energian E ja toimintataajuuden f tulo eli 15 P = Ef .

Jos oletetaan, että hakkuriteholähteeseen kytketyn kuorman (esimerkiksi ladattavana olevan akun) jännite pysyy vakiona, sen toisiopuolelta ottama virta purkautuu vakio-ajassa eikä näin ollen vaikuta kytkentätaajuuteen f. Jos ottojännite kasvaa, kytkentä-20 taajuus f ja ensiöpuolen muuntajaan syöttämä teho P pyrkivät kasvamaan. Kuvan 2 mukaisessa hakkuriteholähteessä vastus Rl2 muodostaa apukäämin avulla positiivi-' sen jännitteen, joka nostaa transistorin Q2 kannan potentiaalia sitä positiivisemmak si, mitä suurempi on hakkuriteholähteen ottojännite, jolloin transistori Q2 tulee her-!! t kemmin johtavaksi, mikä rajoittaa ensiöpuolen muuntajaan M1 syöttämän tehon 25 määrääjä kompensoi näin ollen kasvaneen ottojännitteen vaikutusta. Samanlainen kompensointi voitaisiin toteuttaa myös kytkemällä R12:n asemesta vastus suoraan ' tasasuunnatun ottojännitteen ja transistorin Q2 kannan välille, mutta tällöin mainittu vastus aiheuttaisi suuremman tehohäviön kuin kuvan 2 mukainen ratkaisu.

30 Keksinnön mukainen hakkuriteholähde on rakenteeltaan hyvin yksinkertainen ja sii-i ·. nä saadaan toteutettua antojännitteen ja -virran rajoitus tarkkuudella, joka riittää useimpiin tavallisiin sovelluskohteisiin. Alan ammattimiehelle on selvää, että edellä • · esitetyt yksityiskohtaiset suoritusmuodot ovat esimerkinomaisia: piirien topologiaa * I » on mahdollista muuttaa ilman, että piirin toiminta poikkeaa jäljempänä esitettyjen ’ .. 35 patenttivaatimusten määrittämästä keksinnön kattavuusalueesta.

• ♦ 1 · »

Claims (8)

113918

1. Förfarande för regiering av utgängsspänningen och -strömmen hos en medelst 20 en isoleringstransformator (12) galvaniskt isolerad chopperkraftkälla, i vilket förfarande genereras pä primärsidan en hjälpspänning (15) som är proportionell mot se-kundärspänningen, kännetecknat av att :. ’ - pä primärsidan genereras kopplingspulser som är avsedda för styrning av chopper- ...·* kraftkällans primärströmkoppling i en viss oscillatorkrets (R2, R3, R4, R5, R8, RIO, "ri 25 R12, D6, D7, Q2, C3, C4, C5, C22), och ’ \. - medelst hjälpspänningen omvandlas potentialen för en viss punkt i nämnda oscilla- :':torkrets för att omvandla kopplingspulsernas längd. «

1. Menetelmä erotusmuuntajalla (12) galvaanisesti erotetun hakkuriteholähteen antojännitteen ja -virran säätämiseksi, jossa menetelmässä muodostetaan ensiö-puolella toisiojännitteeseen verrannollinen apujännite (15), tunnettu siitä, että siinä 5. muodostetaan hakkuriteholähteen ensiövirtakytkimen ohjaamiseen tarkoitetut kyt- kentäpulssit ensiöpuolella käyttäen oskillaattoripiiriä (R2, R3, R4, R5, R8, RIO, R12, D6, D7, Q2, C3, C4, C5, C22) ja - muutetaan apujännitteellä mainitun oskillaattoripiirin tietyn pisteen potentiaalia kytkentäpulssien pituuden muuttamiseksi.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda hjälpspänning · ; genereras medelst en hjälplindning (12c), vilken utgör en del av nämnda isolerings- *...: 30 transformator (12). ;,, * 3. Chopperkraftkälla, vilken omfattar ’ · · · * - isolerade frän varandra medelst en isoleringstransformator (12), en primärsida för : · ’: matning av eleffekt tili isoleringstransformatom och en sekundärsida för generering •: · · l av en sekundärspänning av den eleffekt som isoleringstransformatom överför, 35. pä primärsidan organ (12c, 15) för generering av en hjälpspänning som är propor tionell mot sekundärspänningen och 113918 - pä primärsidan en konstanteffektreglerad koppling (14, 13) för matning av kons-tant effekt tili isoleringstransformatorn, kännetecknad av att den uppvisar pä primärsidan första organ (>max) för att om-vandla potentialen för en viss punkt som ingär i nämnda konstanteffektreglerade 5 koppling medelst hjälpspänningen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu apu-jännite muodostetaan apukäämillä (12c), joka on osa mainittua erotusmuuntajaa (12).

3. Hakkuriteholähde, joka käsittää - erotusmuuntajalla (12) toisistaan erotetut ensiöpuolen sähkötehon syöttämiseksi erotusmuuntajaan ja toisiopuolen toisiojännitteen muodostamiseksi erotusmuuntajan siirtämästä sähkötehosta, - ensiöpuolella välineet (12c, 15) toisiojännitteeseen verrannollisen apujännitteen 20 muodostamiseksi ja - ensiöpuolella vakiotehosäätöisen kytkennän (14, 13) vakiotehon syöttämiseksi ero-tusmuuntajaan; tunnettu siitä, että se käsittää ensimmäiset välineet (>max) tietyn mainittuun vakio- > * * ‘ ; tehosäätöiseen kytkentään sisältyvän pisteen potentiaalin muuttamiseksi apujän- 25 nitteellä. r *

4. Chopperkraftkälla enligt patentkrav 3, kännetecknad av att den omfattar en kopplingstransistor (Ql) för brytning av primärströmmen samt en andra transistor (Q2) för att avsluta kopplingspulsen frän nämnda kopplingstransistor genom att koppia kopplingstransistoms styrelektrod tili en lägre potential, varvid nämnda för- 10 sta organ för omvandling av potentialen för en punkt som ingär i den konstanteffektreglerade kopplingen omfattar en kopplingskomponent (D8) för omvandling av nämnda lägre potential i negativare riktning.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen hakkuriteholähde, tunnettu siitä, että se kä- * * · ’ sittää kytkintransistorin (Ql) ensiövirran katkomista varten sekä toisen transistorin (Q2) mainitun kytkintransistorin kytkentäpulssin lopettamiseksi kytkemällä kytkin-* ’ 30 transistorin ohjauselektrodi alempaan potentiaaliin, jolloin mainitut ensimmäiset vä- : . ’ lineet vakiotehosäätöiseen kytkentään sisältyvän pisteen potentiaalin muuttamiseksi \ käsittävät kytkentäkomponentin (D8) mainitun alemman potentiaalin muuttamiseksi . · ·. negatiivisempaan suuntaan. ’ * 35 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen hakkuriteholähde, tunnettu siitä, että mainit- ’·#’♦ tu kytkentäkomponentti (D8) on zener-diodi, jonka estosuuntainen kynnysjännite vastaa tiettyä apujännitteen ensimmäistä arvoa. 113918

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen hakkuriteholähde, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi toiset välineet (<min) mainittuun tietyn vakiotehosäätöiseen kytkentään sisältyvän pisteen potentiaalin muuttamiseksi apujännitteellä. 5

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen hakkuriteholähde, tunnettu siitä, että se käsittää kytkintransistorin (Ql) ensiövirran katkomista varten sekä toisen transistorin (Q2) mainitun kytkintransistorin kytkentäpulssin lopettamiseksi kytkemällä kytkin-transistorin ohjauselektrodi alempaan potentiaaliin tietyn ensimmäisen virtatien 10 (D7) kautta, jolloin mainitut toiset välineet vakiotehosäätöiseen kytkentään sisälty vän pisteen potentiaalin muuttamiseksi käsittävät kytkentäkomponentin (D9) toisen virtatien (Q3) muodostamiseksi mainitun ensimmäisen virtatien rinnalle.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen hakkuriteholähde, tunnettu siitä, että mainit-15 tu kytkentäkomponentti (D9) on zener-diodi, jonka estosuuntainen kynnysjännite vastaa tiettyä apujännitteen toista arvoa.

5. Chopperkraftkälla enligt patentkrav 4, kännetecknad av att nämnda kopplingskomponent (D8) är en zenerdiod, vars spärriktade tröskelspänning motsvarar 15 ett visst första värde för hjälpspänningen.

6. Chopperkraftkälla enligt patentkrav 3, kännetecknad av att den dessutom uppvisar andra organ (emin) för att omvandla potentialen för en viss punkt som ingär i nämnda konstanteffektreglerade koppling medelst hjälpspänningen.

. 7. Chopperkraftkälla enligt patentkrav 6, kännetecknad av att den omfattar en 20 kopplingstransistor (Ql) för brytning av primärströmmen samt en andra transistor (Q2) för att avsluta kopplingspulsen frän nämnda kopplingstransistor genom att • : koppia kopplingstransistoms styrelektrod tili en lägre potential via en viss första .· strömväg (D7), varvid nämnda andra organ för omvandling av potentialen för en ; · · punkt som ingär i den konstanteffektreglerade kopplingen omfattar en kopplings- :t;25 komponent (D9) för generering av den andra strömvägen (Q3) parallellt med nämnd första strömväg.

’;;; 8. Chopperkraftkälla enligt patentkrav 7, kännetecknad av att nämnda kopp- '·; lingskomponent (D9) är en zenerdiod, vars spärriktade tröskelspänning motsvarar : ‘·.: ett visst andra värde för hjälpspänningen. * · » » I