FI63309B - Transistoromriktare - Google Patents

Description

ES^l ΓΒΐ ««KUULliTUSJULKAISU ,77QQ

jjSjjk (11) UTLÄCGNI NCSSKRIFT O O O \J 7 C ¢45) Patentti myönnetty 10 05 1933 yTj)) Patent meddelat ^ T ^ (51) Kv.ik?/i<K.cL3 H 02 M 3/335 r SUOMI—FINLAND (21) F*·"·**·*·*··—ρμ·μ·μβμα| 772211 (22) HikmlipMvt—AiwBfcwtogrfig 15 ·07.77 (23) Alkupllvi—GlMghutadaf 15.07.77 (41) Tulkit (utkiMksI — Mlvlt offMKlig 20.01.78

Patentti· ja rekisterihallitus NlhtMMp*·. (. lc«*|olk*un ,. nift.

Patent· och ragistaretyreleen ' ' AmMcm utu*d ech utUkrtfc·* pubiicurad 51.v1.05 (32)(33)(31) Fyydutty muoMmu·—Begird prtorit* 19.07 · 76

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2Ö32U23.2 (71) Siemens Aktiengesellschaft, Berlin/Miinchen, DE; Wittelsbacherplatz 2, D-Ö000 Miinchen 2, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Bogdan Brakus, Puchheim, Heinrich Kulzer, Pullach, Heinrich Schott, Miinchen, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken lyskland(DE) (7I+) Berggren Oy Ab (5^) Transistorimuuttaja - Transistoromriktare

Keksinnön kohteena on suora jännitemuuttaja, jossa on transistori-kytkinelin, jonka kollektori-emitterivälille on kytketty kondensaattori, ja jossa on päävirtapiirissä muuntaja, jonka toisiokää-missä on tasasuuntausdiodi pitkittäishaarassa ja nolladiodi poikit-taishaarassa.

Aikaisemmin tunnetaan (DT-kuulutusjulkaisu 1 175 740) transistori-vaihtosuuntaajakytkentä, jonka kytkintransistori toimii induktiivisella kuormalla. Kytkintransistorin suojaamiseksi ylijännitteiltä sulkutilansa aikana sen kollektori-emitterivälille on kytketty kondensaattori. Tällä toimenpiteellä ei kytkintransistoria yleensä vdida suojata riittävän hyvin katkaisuvaiheessa, koska määrätyllä tavalla mitoitettu kondensaattori ei voi toimia samanaikaisesti 63309 optimaalisesti induktiivisen kuorman magnetoinnin poistamiseksi ja kytkintransistorin katkaisusuojana. Kondensaattorin mitoituksessa on sen vuoksi käytettävä kompromissiratkaisua.

Kytkintransistorin optimaalista katkaisusuojausta varten tarvittavan kondensaattorin kapasitanssi on useita kertoja suurempi kuin magnetoinnin poistamiseksi tarvittava kapasitanssi.

Keksinnön lähtökohtana on tehtävä saada aikaan johdannossa mainitun kaltaisen muuttajan transistorikytkinelintä varten katkaisusuojaus, joka on riippumaton muuntajan magnetoinnin poistamisesta.

Tämän tehtävän ratkaisemiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, että transistorikytkinelimen kollektoriemitterivälin toisessa rinnakkaishaarassa on toinen kondensaattori, että kondensaattoreista toinen on mitoitettu suojakondensaattoriksi transistorikytkinelimen katkaisusuojausta varten ja toinen muuntajan magnetoinnin poistokon-densaattoriksi, ja että suojakondensaattori kytketään kollektori-emitterivälille transistorikytkinelimen ohjausjännitteen kanssa tah-distetusti ohjatulla kytkimellä transistorikytkinelimen johtavasta tilasta johtamattomaan tilaan siirtymisen ajaksi.

Keksinnön mukaisen kytkennän avulla voidaan transistorikytkinelimen katkaisusuojaus ja muuntajan magnetoinnin poistaminen erottaa toisistaan. Kondensaattori voidaan tehdä riittävän suureksi optimaalista katkaisusuojausta varten ja se voidaan erottaa kytkimen avulla transistorikytkinelimen katkaisuvaiheen päätyttyä. Muuntajan magnetoinnin poistamiseksi voidaan sitten käyttää toista korldensaattoria.

Katkaisun aikana varautunut suojakapasitanssi puretaan seuraavan tauon aikana vastuksen kautta.

3 63309

Keksinnön mukaisen kytkennän käyttö ei ole sidottu tasavirta-muuttajan säätö- ja ohjauspiirien määrättyyn rakenteeseen.

Keksinnön erään edullisen kehitysmuodon mukaan saadaan yksinkertainen kytkentäteknillinen toteutus siten, että katkaisusuo-jausta varten olevan kondensaattorin kytkentää ja erotusta varten on ensiöpuoleltaan transistorikytkinelimen kollektori-emitteri-piirissä olevan virtamuuntajän ohjaama kytkintransistori, jonka kanta-emitteriväli on kytketty virtamuuntajän toisiokäämiin ja että kolmansiokäämi on kytketty erotusdiodin kautta nolladiodiin muuttajan lähtöpiirissä ja että lisäksi kondensaattori on varustettu suurohmisella purkausvastuksella. Transistorikytkinelimen emitter!- tai kollektorivirta tekee kytkintransistorin johtavaksi ja kollektorivirran katkettua tasavirtamuuttajan nolladiodin kautta syntyvä oikosulku kytkintransistorin kanta-emitteripiirissä tekee sen johtamattomaksi. Kytkintransistorin katkaisuvirta voi kulkea erotusdiodin ja johtavan nolladiodin kautta. Diodien myötäsuun-taiset kynnysjännitteet kompensoivat toisensa, niin että katkaisu-tilanne vastaa kanta-emitterivälin oikosulkua.

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan voidaan katkaisuvir-ralla, joka otetaan katkaisusuojausta varten olevasta kytkennästä, saada erittäin nopea transistorikytkimen avautuminen. Kondensaattorin, jonka toinen napa on yhdistetty kytkintransistorin emitte-riin, toinen napa on tällöin kytketty vastuksen kautta kytkintransistorin kannalle.

Kondensaattorin purkautuminen transistorikytkinelimen katkaisun jälkeen tapahtuu purkausvastuksen kautta, joka on kytketty diodin kanssa sarjassa kytkintransistorin kanta-emitterivälille.

4 63309

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavässa, suoritusesimerkkiin liittyen.

Kuviossa on esitetty periaattellisesti suora tasavirtarouuttaja, jonka päävirtapiirissä on transistorikytkinelin Tl ja muuntaja Tri. Transistorikytkinelimen Tl kytkentä- ja katkaisutapahtuma määräytyy tehopuolijohteiden (transistorikytkinelimen ja tasa-suuntausdiodin) kytkentäajoista sekä vaikuttavista pulssipiirien haja- ja johdininduktansseista. Suuria tehoja siirrettäessä kytkintransistoriin Tl kohdistuu jaksottaisesti hyvin suuria häviötehopulsseja. Jo hyvin lyhyet mutta korkeat pulssit voivat ylittää Ι^-ϋ^-ominaiskäyrästön turvallisen toiminta-alueen, I^-UCE-ominaiskäyrästönvirta- ja jänniteriippuvuudet ovat lisäksi vaikuttavien suureiden hajonnasta johtuen paljolti mahdottomia arvioida. Häviötehopulssin korkeus ja kestoaika riippuvat siirrettävästä tehosta. Turvallisen toiminta-alueen huomioonottamiseksi on transistorikytkinelimen Tl staattista kuormitusta alennettava huomattavasti. Vain transistorikytkinelimen Tl täydellisen kytken-täsuojauksen avulla voidaan sen tehonkeston teoreettisia rajoja käyttää hyväksi, Tähän ei yleensä päästä riittävän hyvin transistorikytkinelimen Tl kollektorin ja emitterin välille tunnetulla tavalla kytketyn kondensaattorin avulla.

Kuvion mukaisen transistorimuuttajan tulopuolelle syötetään jännite U . Lähtöjännite on merkitty U :11a, Kytkinelimenä on tehotran-0 0 sistori Tl, joka kytkee muuntajan Tri ensiökäämin jaksottaisesti tulojännitteeseen Ue· Muuntajan Tri toisiopuolella on tunnetulla tavalla muodostettu lähtöpiiri, jossa on diodi Dl tasasuuntausele-menttinä yhdessä LC-suodatinpiirin LI,Cl kanssa ja polkitta,ishaaraan sijoitettu nolladiodi D2, joka on estotilassa transistorikytkinelimen Tl johtaessa.

5 63309 Lähemmin esittämättä jätetty ohjauspiiri T ohjaa muuntajan Tr2 välityksellä kytkintransistorin Tl johtavaksi ja johtamattomaksi. Ohjauspiiri voi muodostua tunnetusta multivibraattorista. Suurin osa ohjausenergiasta saadaan tällöin muuntajan Tr2 toisen käämin kautta takaisinkytkentäperiaatteen mukaisesti kytkintransistorin emitterivirtapiiristä.

Transistorikytkimen Tl suojauksena on rinnakkaispiiri, jonka muodostaa kondensaattorin C3 ja kytkintransistorin T2 kollektoriemit-terivälin sarjakytkentä. Kytkintransistori T2 tulee virtamuuntajan Tr3 välityksellä, jonka ensiökäämi on sijoitettu kytkintransistorin Tl emitteripiiriin, ohjatuksi johtavaksi kytkintransistorin Tl kanssa tahdistetusti. Kytkintransistorin Tl johtaessa kulkee kytkintransistorin T2 kautta vain mitättömän pieni virta. Kytkintransistorin Tl katkaistua kytkintransistorin T2 rinnakkaishaara ottaa kuormitusvirran, joka virtaa edelleen kondensaattorin C3 kautta. Kondensaattori C3 estää jännitteen nopean nousun kytkintransistorilla Tl. Kun kondensaattori C3 on saavuttanut tulojännitteen tason, on katkaisutapahtuma päättynyt. Rinnakkaishaaran transistori T2 tehdään johtamattomaksi oikosulkemalla virtamuuntaja Tr3 käämin III kautta varastointikuristimen Li virran johtavaksi tekemän nolladio-din D2 ja erotusdiodin D3 avulla, joiden kynnysjännitteet kompensoivat toisensa. Kytkintransistorin T2 avautumisvaiheen päätyttyä muuntajan magnetointi voi hävitä kondensaattorin C2 ja vastuksen R2 kautta. Kytkintransistorissa T2 ei synny muita kytkentähäviöitä, koska nolladiodi D2 ottaa kuormitusvirran kondesaattorin C3 varauduttua. Kytkintransistorin T2 katkaisuaikaa voidaan lyhentää emitter! Itä kannalle johdetulla katkaisuvirralla. Tätä varten on kytkintransistorin Tl emitterijohtimeen yhdistetty kondensaattorin C3 napa kytketty vastuksen R3 avulla transistorin T2 kannalle.

6 63309

Samalla kun rlnnakkaishaaran transistorin T2 johtaessa kondensaattori C3 varautuu suurella virralla, vaikuttaa kondesaattorin C3 jännitteeseen verrannollinen transistorin T2 emitteriltä kannalle ja vastuksen R3 kautta kulkeva purkausvirta voimakkaana katkaisu-virtana. Kytkintransistorin T2 joutuessa estotilaan sen kanta-emi tteriväli tulee suurohmiseksi ja kondensaattorin C3 purkautuminen jatkuu vastuksen Rl kautta, joka on kytketty diodin D4 kanssa sarjassa transistorin T2 kantaemitterivälille. Vastus Rl on mitoitettu toisaalta siten, että saadaan riittävän suuri jännite-aikapinta virtamuuntajan Tr3 magnetoinnin täydellistä poistumista varten ja toisaalta siten, että transistorin T2 sallittua kanta-emitterijännitettä ei ylitetä. Diodilla D4 varmistetaan, että koko käämin II antama muuntajan Tr 3 takaisinkytkentävirta kulkee kytkennän aikana transistorin T2 kannalle. Virtamuuntajan käämi III huolehtii jälleen katkaisun jälkeen estotilan aikana transistorin T2 staattisesta johtamattomaksi ohjauksesta.

Transistorikytkinelimen Tl ohjatulla kapasitiivisella katkaisusuo-jauksella on lisäksi etuna se, että katkaisuaikana vaikuttavien hajainduktanssien aiheuttamat induktiiviset jännitepiikit tulevat poistetuiksi. Koska hajainduktanssi toisaalta suojaa transistori-kytkinelintä kytkennän aikana, se voi sopivalla mitoituksella korvata muuten käytetyn tunnetun kytkentäsuojauskuristimen. Riittävä hajainduktanssi voidaan saada sopivalla muuntajan Tr 1 toteutuksella. Tässä tapauksessa kytkentävaiheessa hajainduktanssiin varastoitunut energia menee kondensaattorin C3 purkausvastukseen R3.

Claims (4)

7 63309

1. Suora jännitemuuttaja, jossa on transistorikytkinelin (Tl), jonka kollektori-emitterivälin kanssa rinnan on kytketty kondensaattori (C2; C3), ja jossa on päävirtapiirissä muuntaja (Tri), jonka toisiokäämissä on tasasuuntausdiodi (Dl) pitkittäishaarassa ja nolladiodi (D2) poikittaishaarassa, tunnettu siitä, että transistorikytkinelimen (Tl) kollektoriemitterivälin toisessa rinnakkaishaarassa on toinen kondensaattori (C3; C2), että kondensaattoreista (C2, C3) toinen on mitoitettu suojakondensaat-toriksi (C3) transistorikytkinelimen (Tl) katkaisusuojausta varten ja toinen muuntajan (Tri) magnetoinnin poistokondensaattoriksi (C2), ja että suojakondensaattori (C3) kytketään kollektori-emit-terivälille transistorikytkinelimen (Tl) ohjausjännitteen kanssa tahdistetusti ohjatulla kytkimellä (T2) transistorikytkinelimen (Tl) johtavasta tilasta johtamattomaan tilaan siirtymisen ajaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muuttaja, tunnettu siitä, että suojakondensaattorin (C3) kytkentää ja erotusta varten on ensiöpuoleltaan transistorikytkinelimen (Tl) kollektori-emit-teripiirissä olevan virtamuuntajan (Tr3) ohjaama kytkintransistori (T2), jonka kanta-emitteriväli on kytketty virtamuuntajan (Tr3) toisiokäämiin ja että kolmansiokäämi (III) on kytketty erotusdiodin (D3) kautta muuttajan lähtöpiirissä olevaan nolladiodiin (D2) ja että lisäksi suojakondensaattori (C3) on varustettu suurohmisella purkausvastuksella (R3).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen muuttaja, jossa ohjattavana kytkimenä toimii kytkintransistori (T2), tunnettu siitä, että toisesta navastaan kytkintransistorin (T2) emitteril-le kytketyn suojakondensaattorin (C3) toinen napa on kytketty pur- 8 63309 kausvastuksen (R3) kautta kytkintransistorin (T2) kannalle.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen muuttaja, tunnettu siitä, että kytkintransistorin (T2) kanta-emit-terivälin kanssa rinnan on kytketty toinen pienohminen purkausvas-tus (Rl) sarjassa diodin (D4) kanssa.