FI66267B - Kopplingsregulator - Google Patents

Description

ΓβΙ rt1^WULUTU*JULKAISU ¢6267

W| M 01) UTLACGNINGSSKRIPT

Patent moddelat (SI) K*ji/hta3 H 02 P 13/32, G 05 F 1/64 SUOMI—FINLAND pi) 780952 (22) HiltMlyiM—^wWlmhm<>g 29.03.78 (23) ANnMM—GMgMriag 29.03.78 (41) TlrihK )«IUMk«l—tDvk offaMftf gg , g 7«

HtUtl· ja fkl»frih>iHtMi ._______ . -rilt_ och ityrri—n ' ' ^hmwS§äKhmZkrl^^ 31.05.84 (32)(33)(31) frr*«*r***** ««* ***** 07.04.77

Sveitsi-Schweiz(CH) 4405/77 (71) Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon-BU h r 1 e AG, Birchstrasse 155, CH-8O5O Zilrich, Sveitsi-Schweiz(CH) (72) Hans Jaggy, DQbendorf, Peter Steiner, Glattbrugg, Sveitsi-Schweiz(CH) (74) Berggren Oy Ab (54) Kytkentäsäädin - Koppiingsregulator

Keksintö koskee kytkentäsäädintä, joka sisältää sisäänmenonavat tasajännite-energianlähdettä varten, ulostulonavat energian kuluttajaa varten, suotimen, jossa on kuristin, kondensaattori ja diodi, kytkentälaitteen, joka on sovitettu sisäänmenonapojen ja ulostu-lonapojen väliin ja varustettu teho-kytkentätransistorilla, joka ohjauselinten avulla on vaihdettavasti kytkettävissä johtavaan ja sulkevaan tilaan, ensimmäisen komparaattorin, joka vertaa ulosmenojännitettä ver-tausjännitteeseen ja poikkeuksen esiintyessä lähettää signaalin ohjauselimiin, ohjauskytkentätransistorin, joka valvoo virtaa vastuksessa ja virran ylittäessä sallitun arvon lähettää signaalin ohjauselimiin.

Ennestään tunnetussa tällaisessa kytkentäsäätimessä (US-patenttijulkaisu n:o 3 396 326) kuristimessa on myös muuntokäämi, joka kuris-tuskelan läpi virtaavan virran pienetessä antaa signaalin teho-kytkentätransistorin sulkemiseksi. Tällä muuntokäämillä on olennaisia varjopuolia: 2 66267 1. Kuristuskelan sisältämän energian täydellisen pienenemisen valvontaa ei tapahdu, ja esiintyy se vaara, että kuristuskela siitä huolimatta toimii kyllästystilassa, mikä johtaa kytkentäsäätimen ylikuormitukseen.

2. Muuntokäämillä varustetut kuristimet eivät ole kaupassa tavallisia .

3. Muuntokäämillä voidaan valvoa vain kuristimen dynaamista mutta ei sen staattista käyttäytymistä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan kytkentäsää-din, jota käytettäessä voidaan sallia suuria syöttöjännitteen vaihteluita esimerkiksi suhteessa 1:10 ja suuria ulostulokuorraituksen heilahteluja, ilman että kytkentäsäätimen yksityisiä elimiä ylikuormituksen kautta tuhoutuu. Erityisesti on tarkoitus välttää sitä, että kuristin toimii kyllästystilassa.

Keksinnön mukaiselle kytkentäsäätimelle tunnusmerkillistä on toinen komparaattori, joka vertaa kuristimen sisäänmenossa vallitsevaa jännitettä kuristimen ulostulossa vallitsevaan jännitteeseen ja joka lähettää signaalin ohjauselimille tehokytkentätransistorin saattamiseksi johtamattomaksi heti kun jännite kuristimen ulostulossa on suurempi kuin jännite kuristimen sisäänmenossa.

Eräs keksinnön mukaisen kytkentäsäätimen sovellutusesimerkki selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti oheisen piirustuksen yhteydessä. Piirustuksessa:

Kuvio 1 on ennestään tunnetun kytkentäsäätimen kytkentäkaavio, ja kuvio 2 on keksinnön mukaisen kytkentäsäätimen kytkentäkaavio.

Kuvion 1 mukaan kytkentäsäätimessä on kaksi napaa, joiden välillä vallitsee sisäänmeno-tasajännite UE ja kaksi napaa, joiden välillä vallitsee ulostulo-tasajännite UA. Molemmat positiiviset navat on yhdistetty toisiinsa tehokytkentätransistorin T ja sen kanssa sarjaan kytketyn kuristuskelan DR kautta. Positiiviseen ulostulonapaan ja transistorin T kantaan on kytketty komparaattori LD. Tämä komparaattori on lisäksi kytketty apujännitteeseen UH ja vertausjännitteeseen UR, joita on esitetty vain nuolella. Lisäksi on olemassa suo- 66267 din, joka koostuu kuristuskelasta DR ja kondensaattorista C. Rinnan kondensaattorin C ja kuristuskelan DR kanssa on vielä kytketty pääs-tödiodi D.

Tämän sinänsä tunnetun kytkentäsäätimen toimintatapa on seuraava. Ulostulojännite UA aiheuttaa komparaattorin LD kautta kytkentätran-sistorin T kiinni- ja irtikytkennän, so. heti kun ulosmenojännite ylittää tietyn arvon, komparaattori, joka jatkuvasti vertaa ulosmeno-jännitettä vertausjännitteeseen UR, sulkee kytkentätransistorin T. Tämän johdosta ulosmenojännite UA pienenee, minkä johdosta komparaattori LD tekee transistorin T jälleen johtavaksi. Niin kauan kuin kytkentätransistori T on johtava, suodin, so. induktiokela DR ja kondensaattori C, on kytkettynä sisäänmenojännitteeseen UE, minkä johdosta syntyy virta i^. Kun kytkentätransistori T on suljettuna, energia pääsee virtaamaan pois kelasta DR diodin D kautta ja virta i-j^ pienenee. Selvää on, että ulosmeno jännite UA on riippuvainen ajasta t^, jonka kytkentätransistori τ on johtavana, sekä järjestelmän värähdysjaksosta t2« so. .

UA/UE = t1/t2, jossa t2 = 1/f, kun f on järjestelmän taajuus. Olennaista on sovittaa tämän kytkentäsäätimen rakenneosat kulloisiinkin tarpeisiin, koska hyötysuhde, so. häviöt ovat riippuvaisia elinten sopivasta valinnasta. Erityisesti induktiokela DR on mitoitettava niin, että se koko sisäänmenojännitteen alueella UE ja kytkentäsäätimen ulostulon korkeimmalla sallitulla kuormituksella ei joudu kyllästystilaan.

Näiden vaikeuksien välttämiseksi tämä ennestään tunnettu kytkentä-säädin on esillä olevan keksinnön mukaan parannettu.

Kuvion 2 mukaan keksinnön mukaisessa kytkentäsäätimessä on siinäkin kaksi napaa, joissa vallitsee sisäänmeno-tasajännite UE ja kaksi napaa, joissa vallitsee ulostulo-tasajännite UA. Molemmat positiiviset navat on taaskin yhdistetty toisiinsa teho-kytkentätransistorin T2 kautta. Ensimmäinen komparaattori LD^ on kytketty positiiviseen ulosmenonapaan ja ohjaustransistorien T4, T5 ja Tl kautta kytkentätransistorin T2 kantaan. Komparaattori LDl on lisäksi kytketty apu-jännitteen lähteeseen DDC ja vertausjännitteeseen UR. On myös olemassa suodin, joka koostuu induktiokelasta eli kuristimesta DR ja kondensaattorista C. Rinnan kondensaattorin C kanssa on kytketty diodi D.

4 66267 Tähän mennessä selitetyt rakenneosat eivät sovituksensa puolesta eroa kuvion 1 mukaisesta ennestään tunnetusta kytkentäsäätimestä.

Keksinnön mukaan on kuitenkin lisätty vielä seuraavat rakenneosat.

1) Toinen komparaattori LD2 on toisaalta kytketty positiiviseen ulostulonapaan ja toisaalta ohjaustransistorien T5 ja Tl kautta kytkentätransistorin T2 kantaan. Lisäksi komparaattori on kohdasta A kytketty induktiokelan eteen ja apujännitteen lähteeseen DDC.

2) Rinnan kytkentätransistorin T2 kanssa on kytketty toinen kytken-tätransistori T3, jonka kanta on yhdistetty kytkentätransistorin T2 kollektoriin. Lisäksi on ensimmäinen vastus R3 kytketty positiivisen sisäänmenonavan ja kytkentätransistorin T2 kollektorin väliin, toinen vastus R4 toisen kytkentätransistorin T3 kannan ja ensimmäisen kytkentätransistorin T2 kollektorin väliin ja kolmas vastus R5 on kytketty toisen kytkentätransistorin T3 kollektorin ja ohjaus-transistorin T4 kannan väliin.

3) Lisäksi on olemassa aikaelin TMI, joka sisäänmenonavan E kautta on ohjaustransistoreiden T5 ja Tl kautta kytketty kytkentätransistorin T2 kantaan.

4) Rinnan aikaelimen TMI kanssa on sisäänmenonapaan E kytketty vielä nopeudesta tai jännitteestä riippuva tasokytkin LD3.

Edellä selitetyn kytkentäsäätimen toimintatapa on seuraava: 1) Normaalikäytössä ulostulojännitteen UA tosiarvoa verrataan komparaattorissa LDl vertausjännitteeseen UR. Heti kun ulostulo-jännite UA tulee suuremmaksi kuin vertausjännite UR, niin komparaattori LDl vaihtaa arvosta "O" arvoon "1". Tämä arvoon "1" vaihtaminen aiheuttaa sen, että ohjaustransistori T4 tulee johtavaksi. Tämän johdosta ohjaustransistori T5 sulkeutuu. Tästä seuraa, että ohjaus-transistori Tl myös sulkeutuu, ja niin ollen myös kytkentätransis-tori T2. Heti kun ulostulojännite UA tulee pienemmäksi kuin vertaus-jännite UR, niin komparaattori LDl vaihtaa taas arvosta "1" takaisin arvoon "O", minkä johdosta ohjaustransistori T4 sulkeutuu ja niin ollen ohjaustransistorit T5 ja Tl sekä kytkentätransistori T2 tulevat johtaviksi. Tapahtumain kulku on tällainen pysyvässä eli normaalissa käytössä, so. niin kauan kuin kuormitus on yhtä suuri tai 5 66267 pienempi kuin suurin sallittu kuormitus.

2) Säätimen ulostulon ollessa ylikuormitettuna tai oikosuljettuna kytkentätransistorin T2 kytkentäkesto tulee niin pitkäksi, että kuristin DR joutuu kyllästystilaan. Kuristimen DR ollessa kyllästettynä virta kytkentätransistorissa T2 suurenee ja aiheuttaa transistorin äkillisen tuhoutumisen. Tämän tuhoutumisen estämiseksi on välttämätöntä valvoa virran suurenemista. Virran valvonta tapahtuu vastusten R3, R4, R5 ja kytkentätransistorin T3 avulla. Näillä elimillä voidaan teho-kytkentätransistori T2 suojata tuhoutumasta liian suuren virran johdosta. Tämä virran valvonta ei kuitenkaan yksin pysty estämään kytkentätransistorin T2 tuhoutumasta lämpöyli-kuorman vaikutuksesta, koska virran valvonta toimii nopeasti, so. yli 100 kilohertzillä, ja kytkentäkeston ollessa noin 50 %. Kun sisäänmeno jännite UE on korkea, niin tehonhäviöt kytkentätransistorissa tulevat niin suuriksi, että seurauksena on ylikuumeneminen ja tuhoutuminen. Sitäpaitsi kuristimella DR ei ole mitään mahdollisuutta luovuttaa siihen varautunutta energiaa. Kuristin DR toimii näin ollen käytännöllisesti katsoen vakinaisesti kyllästettynä. Näin ollen myös kuristimen DR valvonta on välttämätöntä. Kuristimen DR valvonta tapahtuu toisen komparaattorin LD2 avulla, joka vertaa ulostulojännitettä UA kuristimen DR takana jännitteeseen pisteessä A kuristimen DR edessä. Niin kauan kuin jännite pisteessä A on pienempi kuin ulostulojännite UA, kuristin DR luovuttaa vielä energiaa. Kytkentätransistori T2 täytyy näin ollen sulkea. Niin kauan kuin jännite pisteessä A on pienempi kuin ulostulojännite UA, komparaattori LD2 jää arvoon "O", minkä johdosta ohjaustransistorit T5 ja Tl ja niin ollen myös kytkentätransistori T2 ovat suljettuina. Kun jännite pisteessä A on yhtä suuri tai suurempi kuin ulostulojännite UA, niin komparaattori LD2 kytkeytyy arvoon "1", ja transistori T5 tulee johtavaksi, minkä johdosta myös ohjaustransistori Tl ja kytkentätransistori T2 tulevat johtaviksi.

Stationäärissä eli normaalikäytössä aika ku rlstimen DR energianluovutusta varten on lyhyempi kuin säätöaika, joten tässä tapauksessa komparaattorilla LD2 ei ole mitään merkitystä.

Oikosulkutapauksessa astuu ensiksi toimintaan virran valvonta ja heti sen jälkeen kuristimen valvonta. Tämän virranvalvonnan ja kuristimen valvonnan yhdistelmän ansiosta saavutetaan edullinen 6 66267 kytkentätransistorin T2 kytkentäkesto, minkä johdosta kytkentäsää-din on oikosulkuvarmistettu.

Kuviossa 2 esitettyä kytkentäsäädintä toimintaan kytkettäessä on ensiksi saatava aikaan apujännite apujänniteen lähteeseen DDC, ennen kuin säädin voi toimia. Tätä varten tarvitaan aikaelin TMI, joka pitää suljettuina ohjaustransistorit T5 ja Tl ja niin ollen myös kytkentätransistorin T2 kunnes apujännite on saatu aikaan.

Tasokytkimen LD3 avulla voidaan saavuttaa se, että kytkentäsäädin alkaa toimia vasta määrätyssä nopeudessa tai määrätyssä jännitteessä.

Claims (1)

1. 66267 Patenttivaatimus Kytkentäsäädin, johon kuuluu: - sisäänmenonavat (UE) tasajännite-energianlähdettä varten, - ulostulonavat (UA) energian käyttäjää varten, - suodin, johon kuuluu kuristin (DR), kondensaattori (C) ja diodi (D), - kytkentälaite, joka on sovitettu sisäänmenonapojen (UE) ja ulostulonapojen (UA) välille ja johon kuuluu teho-kytkentä-transistori (T2), joka on ohjauselinten (T1, T4 , T5) avulla saatettavissa vaihtoehtoisesti johtavaan ja johtamattomaan tilaan, - ensimmäinen komparaattori (LDl) , joka vertaa ulostulojän-nitettä (UA) vertausjännitteeseen (UR) ja poikkeaman tapauksessa lähettää signaalin ohjauselimille (Tl, T4, T5), - ohjauskytkentätranslstori (T3), joka valvoo virtaa vastuksessa (R3), joka on sovitettu sarjaan teho-kytkentä-transistorin (T2) kanssa ja sallitun arvon ylittyessä lähettää signaalin ohjauselimille (Tl, T4, T5), tunnettu toisesta komparaattorista (LD2), joka vertaa kuristimen (DR) sisäänmenossa (A) vallitsevaa jännitettä kuristimen (DR) ulostulossa (UA) vallitsevaan jännitteeseen ja joka lähettää signaalin ohjauselimille (Tl, T5) teho-kytkentätransistorin (T2) saattamiseksi johtamattomaksi heti kun jännite (UA) kuristimen (DR) ulostulossa on suurempi kuin jännite kuristimen (DR) sisäänmenossa (A).