FI72015C

FI72015C - STROEMFOERSOERJNINGSDON.

Info

Publication number: FI72015C
Application number: FI811180A
Authority: FI
Inventors: Max Kerscher; Armin Kroening; Reinhold Priller; Anh-Dung Nguyen
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1980-04-15
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1987-03-09
Also published as: IT1137329B; EP0050132A1; FI72015B; WO1981003103A1; EP0050132B1; IT8121037A0; FI811180L

Description

1 72015 Sähkönsyöttökoj e Tämä keksintö koskee sen tyyppistä virransyöttölai-tetta kuin käy ilmi patenttivaatimuksen 1 johdannosta.This invention relates to a type of power supply device as set out in the preamble of claim 1.

5 Tällaisessa virransyöttölaitteessa ovat päätransis- torin kytkentähäviöt vähentyneet, koska estojännite kasvaa suojakondensaattorin vuoksi hitaasti. Tämän suojakondensaat-torin jaksottainen varaaminen tuo kuitenkin yleensä mukanaan häviöitä. Ainoastaan hyvin monimutkaisella värähtelykytken-10 nällä on tähän mennessä onnistuttu ohjaamaan tämä energia kuluttajalle (ETZ Band 100, 1979, Heft 13, s. 664-670).5 In such a power supply device, the connection losses of the main transistor are reduced because the blocking voltage increases slowly due to the protection capacitor. However, intermittent charging of this protection capacitor usually results in losses. Only a very complex oscillation switch-10 has so far succeeded in directing this energy to the consumer (ETZ Band 100, 1979, Heft 13, pp. 664-670).

Yksi lisähäviöiden lähde liittyy alussa mainitun tekniikan tason virransyöttölaitteessa matalan käyttöjännitteen kehittämiseen ohjauselektroniikalle, jolloin asen-15 netaan kalliita muunnoskytkentöjä.One source of additional losses relates to the development of a low operating voltage for the control electronics in the power supply device mentioned at the beginning, whereby expensive conversion connections are installed.

Esillä olevan keksinnön perustanan on pienentää tehohäviöitä alussa mainitunlaisessa virransyöttölaitteessa vähäisin kytkentäteknisin kustannuksin.The basis of the present invention is to reduce the power dissipation in such a power supply device at the beginning with such a low switching technical cost.

Tämän tehtävän keksinnönmukaiselle ratkaisulle on 20 tunnusomaista patenttivaatimuksessa 1 esitetyt tunnusmerkit.The solution of this object according to the invention is characterized by the features set forth in claim 1.

Keksinnössä muodostaa suojakondensaattori yhdessä varauskondensaattorin kanssa kapasitiivisen jännitteenjaka-jan, joka toisaalta vähentää kytkentähäviöitä hidastamalla 25 jännitteennousua päätransistorissa, ja sen avulla onnistutaan kehittämään matala käyttöjännite varauskondensaatto-riin käytännöllisesti katsoen häviöttömästi.In the invention, the protection capacitor together with the charge capacitor forms a capacitive voltage divider, which on the other hand reduces switching losses by slowing down the voltage rise in the main transistor, and it is possible to generate a low operating voltage in the charge capacitor practically without loss.

Useissa tapauksissa vaatii elektroniikan (säätäjä, suojalaite) jännitteensyöttö suuremman positiivisen ja 30 pienemmän negatiivisen jännitteen. Näiden synnyttämiseksi muodostuu keksinnön erään edelleenkehitysmuodon mukaisesti apujännitelähteen varauskondensaattori kahdesta osakonden-saattorista. Tällöin on epätarkoituksenmukaista asetella jännitteiden suhde vastaavalla kapasiteettien valinnalla, 35 koska matalamman jännitteen tuottamiseen tarvittaisiin hy- 2 72015 vin suuri kondensaattori, mutta toiselta puolen juuri matalammalla jännitetasolla energiantarve on pienempi kuin korkeammalla. Sen vuoksi on edullista asetella molempien osa-kondensaattoreiden jännitteet suojakuristimen vastaavalla 5 mitoituksella. Suojakuristin on tätä varten mitoitettava noin kolme kertaa niin suureksi kuin mitä olisi tarpeen suojakondensaattorin purkausvirran alentamista silmälläpitäen; likimain saman kapasiteetin omaavat kondensaattorit voidaan silloin asetella jännitesuhteeseen noin 1:3.In many cases, the voltage supply to the electronics (regulator, protection device) requires a higher positive voltage and a lower negative voltage. In order to generate these, according to a further development of the invention, the charge capacitor of the auxiliary voltage source is formed of two subcapacitors. It is inappropriate to set the voltages corresponding to the ratio of the capacity of selection, 35 because the lower the voltage needed to produce good 2 72015 vin large capacitor, but the other side of the right lower voltage level, the energy consumption is lower than higher. Therefore, it is advantageous to set the voltages of both sub-capacitors by the corresponding dimensioning of the protective choke. To this end, the protective choke must be dimensioned approximately three times as large as would be necessary to reduce the discharge current of the protective capacitor; capacitors with approximately the same capacitance can then be set to a voltage ratio of about 1: 3.

10 Keksinnön kuvatussa edelleenkehitysmuodossa saa va- rauskondensaattori lisäenergiaa tasajännitelähteestä. Kun varauskondensaattori koostuu kahdesta osakondensaattoris-ta, niin saa toinen niistä lisäenergiaa, kun suojakonden-saattoria varataan päätransistorin ollessa estotilassa.In the further development of the invention described, the charging capacitor receives additional energy from a DC voltage source. When the charge capacitor consists of two subcapacitors, one of them receives additional energy when the protection capacitor is charged while the main transistor is in the inhibit state.

15 Suojakondensaattori on tällöin edullisesti siten mitoitettu, että lisäenergia riittää vähintään päätransistorin lä-piohjaukseen. Toinen osakondensaattori tulee silloin päätransistorin ollessa läpiohjattuna suojakuristimen kautta varatuksi osalla suojakondensaattorin energiaa, joka suo-20 jakuristin puolestaan varaa molempia osakondensaattoreita sarjakytkennässä. Osakondensaattoreihin suojakondensaattorin kautta vietyä energiaa ei apujännitelähteen tarvitse tuottaa, joten viimeksimainittu voidaan mitoittaa vastaavasti pienemmäksi. Erityisen tarkoituksenmukaista on täl-25 löin liittää osakondensaattori lisätasasuuntaajan ja vastaavasti pieniksi mitoitettujen kondensaattoreiden kautta vaihtojänniteverkkoon, tällä tavoin voidaan ohjausosan elektroniikan matalat käyttötasajännitteet lähes häviöttö-mästi tuottaa myös silloin, kun käytettävissä on vain suh-30 teellisen korkean jännitteen omaava vaihtojänniteverkko.The protection capacitor is then preferably dimensioned in such a way that the additional energy is sufficient for at least the through-control of the main transistor. The second subcapacitor then becomes charged with part of the energy of the protective capacitor when the main transistor is passed through the protective choke, which in turn charges both subcapacitors in series. The energy supplied to the subcapacitors via the protective capacitor does not have to be produced by the auxiliary voltage source, so the latter can be dimensioned correspondingly smaller. In this case, it is particularly expedient to connect the subcapacitor to the AC network via an auxiliary rectifier and capacitors of small dimensions, respectively. In this way, the low operating DC voltages of the control section electronics can be produced almost losslessly even when only a relatively high AC network is available.

Seuraavassa selitetään tämänlaatuista suoritusesi-merkkiä oheisen piirustuksen avulla.In the following, this type of performance character will be explained with the aid of the accompanying drawing.

Varastokondensaattori C18 syöttää vaihtosuuntaajaa W ja on toisaalta estokuristimen L1, varausdiodin D27 ja 35 varauskuristimen L4, toiselta puolen mittavastuksen R33The storage capacitors C 18 to make the inverter W and on the other hand estokuristimen L1, D27 and 35 via the charging varauskuristimen L4, the other side of the measuring resistor R33,

IIII

3 72015 kautta kaksitiekytkennässä liitetty päätasasuuntaajaan G1, jota syötetään vaihtojänniteverkosta N ja joka tuottaa napoihinsa olennaisesti silittämättömän jännitten.3 72015 connected in a two-way connection to a main rectifier G1, which is supplied from the AC voltage network N and which produces a substantially unconnected voltage at its terminals.

Jännitteen säätämistä varten varastokondensaattoris-5 sa toimii päätransistori V6, jonka kautta varauskuristin L4 on kytkettävissä päätasasuuntaajaan ja varattavissa täältä. Signaali toiselta puolen päätransistorin V6 ja va-rastokondensaattorin C18 ja toiselta puolen päätasasuuntaa-jan G1 välissä olevassa mittavastuksessa R33 johdetaan vii-10 vytyselimen (vastus R27 ja kondensaattori C14) kautta si-säänmenoon 7 ohjausosassa, jossa on säätäjä X, joka ohjaa päätransistoria V6 kytkimenä.In order to regulate the voltage, a main transistor V6 operates in the storage capacitor-5, through which the charging choke L4 can be connected to the main rectifier and charged here. The signal from the other side of the päätransistorin V6 and VA rastokondensaattorin C18 and the other side päätasasuuntaa-Jan G1 between the mittavastuksessa R 33 is passed VII-10 vytyselimen (resistor R27 and capacitor C14) to the SI to the input 7 of the control unit with a controller X, which controls the päätransistoria V6 switch .

Päätransistorin ja mittavastuksen R33 kanssa on edelleen vastarinnan kytketty värähtelydiodi D42; tämän 15 kautta voivat "näkymättömät" kapasiteetit (kuristimen, diodien jne.) purkautua päätransistorin V6 ohitse.An oscillation diode D42 is still resistively connected to the main transistor and the measuring resistor R33; through this 15 the "invisible" capacities (choke, diodes, etc.) can be discharged past the main transistor V6.

Päätransistorin V6 ollessa läpikytkettynä varautuu kuristin L4 ja viivästyttää kondensaattorin C14 varautumista, kunnes tämän jännite on saavuttanut asetusarvon, joka 20 viedään ohjausosan säätäjään X ja jolla on silittämättömän tasasuunnatun vaihtojännitteen muoto; verkosta otetulla virralla on siten keskimäärin sinimuotoinen kulku.When the main transistor V6 is switched on, the choke L4 charges and delays the charging of the capacitor C14 until its voltage has reached a set value, which is applied to the controller X of the control section and has the form of an unirradiated rectified AC voltage; the current drawn from the network thus has an average sinusoidal flow.

Niin pian kun oloarvo on saavuttanut asetusarvon, kytkee säätäjä päätransistorin V6 estotilaan; kuristin L4 25 antaa silloin energiansa varausdiodin D27 kautta varasto-kondensaattoriin C18, jonka jännite väliaikana oli jonkin verran alentunut vaihtosuuntaajan W kautta tapahtuneen kuormituksen johdosta. Varastokondensaattorin varaamisen aikana alenee signaali mittavastuksessa R33 ja - viivästet-30 tynä - signaali kondensaattorissa C14. Viivytyselin R27/ C14 on siten mitoitettu, että jännite C14:ssa juuri silloin saavuttaa säätäjän alemman vaihtokytkentäpisteen, kun virta varauskuristimen L4 kautta on tullut nollaksi, silloin seuraavan, V6:n läpikytkennän tapahtuessa ei tämän tran-35 sistorin tarvitse ottaa sen paremmin varauskuristimen L4 4 72015 jäännösvirtaa kuin diodin D27 takavirtaan, niin että käytännöllisesti katsoen ei synny mitään kytkentähäviöitä.As soon as the actual value has reached the setpoint, the controller switches the main transistor V6 to the inhibit state; the choke L4 25 then supplies its energy via the charging diode D27 to the storage capacitor C18, the voltage of which was temporarily reduced due to the load through the inverter W. During charging of the storage capacitor, the signal at measuring resistor R33 decreases and - delayed-30 - the signal at capacitor C14. The delay element R27 / C14 is dimensioned in such a way that the voltage in C14 reaches the lower switching point of the controller just when the current through the charging choke L4 has become zero, then this trans-35 transistor does not have to take it better than the charging choke L4 4. 72015 residual current to the back current of diode D27, so that virtually no switching losses occur.

Suojakondensaattorin C17 tehtävänä on rajoittaa jännitteen nousua estotilassa olevassa päätransistorissa V6 5 ja sen vuoksi se on kytketty rinnan tämän transistorin kyt-kentävälin ja mittavastuksen R33 kanssa erotusdiodin D9 ja kondensaattorin C8 kautta.The function of the protection capacitor C17 is to limit the voltage rise in the main transistor V6 5 in the blocked state, and therefore it is connected in parallel with the switching interval of this transistor and the measuring resistor R33 via the isolating diode D9 and the capacitor C8.

Kun päätransistori V6 on estotilassa, varautuu suo-jakondensaattori Cl 7 L4:n, D9:n ja varauskondensaattorin 10 C8 kautta ja viivästyttää siten estojännitteen nousua pää-transistorin V6 kytkentävälissä, niin että syntyy vain vähäinen häviöteho.When the main transistor V6 is in the inhibit state, the protection capacitor C17 is charged through the L4, D9 and the charge capacitor 10 C8, and thus delays the rise of the inhibit voltage in the switching interval of the main transistor V6, so that only a small loss power is generated.

Käyttöjännitteet ohjausosaa varten tuotetaan käynnistysvaiheessa lisätasasuuntaajalla G2, joka kondensaatto-15 reiden C6, C7 on liitetty vaihtojänniteverkkoon N ja joka sarjakytkennässä syöttää osakondensaattoreita C8 ja C9, näiden kahden kondensaattorin liitäntäpiste sijaitsee tällöin päätasasuuntaajan G1 negatiivisessa navassa, niin että ne tuottavat positiivisen vast, negatiivisen käyttöjän-20 nitteen.The operating voltages for the control section are produced in the start-up phase by an additional rectifier G2 connected to the AC network N of the capacitors C6, C7 and supplying capacitors C8 and C9 in series. 20 volumes.

Osakondensaattori C8 on samalla erotusdiodin D9, suojakondensaattorin C17 ja varauskuristimen L4 kautta päätasasuuntaa jassa G1 ja saa siten lisävarauksen päätasasuun-taajasta, kun päätransistori V6 on estotilassa ja konden-25 saattori C17 varautuu, C17 (300 pF) on siten mitoitettu, että tämä C8:n lisävaraus riittää seuraavaan päätransisto-rin läpikytkentään. Lisätasasuuntaaja ja kondensaattorit C6, C7 on sen vuoksi mitoitettava vain säätäjän ja valvon-taosan jäännöstehontarvetta varten.At the same time, the capacitor C8 is in the main rectifier G1 via the isolating diode D9, the protection capacitor C17 and the charge choke L4 and thus receives an additional charge from the main rectifier when the main transistor V6 is in the inhibit state and the capacitor C17 is charged, C17 (300 pF) An additional charge is sufficient for the next main transistor connection. The auxiliary rectifier and capacitors C6, C7 must therefore only be dimensioned for the residual power requirement of the controller and the control section.

30 Toinen osakondensaattori C9 on suojakuristimen L9 ja suojakondensaattorin C17 kautta rinnan päätransistorin V6 kytkentävälin ja mittavastuksen R33 kanssa, tämän pur-kausvirtapiirin ja siten C9:n kautta kulkee suojakondensaattorin C17 purkausvirta päätransistorin V6 ollessa lä-35 pikytkettynä, joka tällöin varaa osakondensaattoria C9.The second subcapacitor C9 is parallel to the switching gap of the main transistor V6 and the measuring resistor R33 through the protection choke L9 and the protection capacitor C17, through this discharge circuit and thus to C9, the discharge current of the protection capacitor C17 passes through the main transistor V6.

Il 5 72015Il 5 72015

Vaikka osakondensaattorin C9 on tuotettava olennaisesti alempi, noin 3 V jännite, kuin osakondensaattorin C8, noin 8 V, on näillä molemmilla kondensaattoreilla likimain sama kapasiteetti (n. 50^uF). Erilaiset jännitteet asetel-5 laan käytössä suojakuristimen L9 vastaavalla mitoituksella, viimeksimainittu on mitoitettava noin kolme kertaa niin 1) suureksi kuin nousun riittävään hidastukseen olisi tarpeen. Osakondensaattorin C9 jälkivaraus suojakondensaatto-rin C17 purkautuessa päätransistorin V6 kautta on nimittäin 10 olennaisesti vähäisempi kuin osakondensaattorin C8 varaus suojakondensaattorin C17 varautuessa. Tällöin on edellytetty aikavakioiden sellainen viritys, että kondensaattorin C17 täydellinen varaus ja purkaus tulee toteutetuksi V6:n asianomaisten kytkentäjaksojen aikana.Although the capacitor C9 must produce a substantially lower voltage of about 3 V than that of the capacitor C8, about 8 V, these two capacitors have approximately the same capacitance (about 50 μF). Different voltages are set in use with the corresponding dimensioning of the protective choke L9, the latter must be dimensioned about three times as much as 1) as would be necessary for sufficient deceleration of the rise. Namely, the recharging of the subcapacitor C9 when the protection capacitor C17 is discharged through the main transistor V6 is substantially less than the charge of the subcapacitor C8 when the protection capacitor C17 is charging. In this case, it is required to set the time constants in such a way that the full charging and discharging of the capacitor C17 takes place during the respective switching periods of V6.

15 Suojakuristimeen L9 varastoitu energia purkautuu lo puksi diodin D9 ja molempien osakondensaattoreiden C8 ja C9 sarjakytkennän kautta. Osakondensaattoreiden jännitesuhteelle on tämä purkaustapahtuma merkityksetön, koska se tapahtuu molemmissa kondensaattoreissa samassa mitassa. Suo-20 jakuristimen L9 energia tulee siten käytetyksi elektroniikan syöttämiseen eikä kuormita päätransistoria V6.15 The energy stored in the protection choke L9 is finally discharged via the series connection of the diode D9 and both subcapacitors C8 and C9. For the voltage ratio of the subcapacitors, this discharge event is irrelevant because it occurs in both capacitors to the same extent. The energy of the shielding choke L9 of the Suo-20 is thus used to supply the electronics and does not load the main transistor V6.

1) 'C17:n purkausvirran V6:n kautta1) 'C17 discharge current via V6

Claims

A power supply device for a direct current load, which has a storage capacitor (C18) connected in parallel, connected to a DC voltage source (G1) via a charging diode (D27) and a charging choke (L4), a main transistor (V6) through which a charging choke (L4) can be connected to a DC voltage (G1), a control section for controlling the main transistor (V6) in switching operation, a protective capacitor (C17) in parallel with the main transistor (V6) for reducing switching losses, a protective choke (L9) in the discharge circuit of the protective capacitor (C17) for limiting the discharge current slope, and an auxiliary voltage source, for supplying a supply voltage to the control section, characterized in that the protective choke (L9) is connected in parallel with the switching interval of the main transistor (V6) via a protective capacitor (C17) and connected in parallel with the charging capacitor (C8) via a conducting isolating diode (D9).

Power supply device according to Claim 1, characterized in that the protection capacitor (C17) is dimensioned so large that the energy supplied to it during the blocking phase of the main transistor (V6) is sufficient for at least pass-through of the main transistor (V6).

Power supply device according to Claim 2, characterized in that the charge capacitor is connected to an AC voltage source via an auxiliary rectifier (G2).

Power supply device according to Claim 3, characterized in that the auxiliary rectifier (G2) is connected via capacitors (C6, C7) to an alternating voltage source which is dimensioned only for the residual power requirement of the control section.

Power supply device according to Claim 3 or 4, characterized in that the controller (X) in the control part II is in the inhibited state as long as the voltage in the charge capacitor has not yet reached a minimum value sufficient for switching the main transistor (V6).

Current supply device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the charge capacitor consists of two subconductors (C8, C9) connected in series, the connection point of which is connected to the negative terminal of the DC voltage source (G1).

6 72015

Power supply device according to Claim 6, characterized in that the protective choke (L9) is dimensioned so large that the charge of the subconductor (C8) between the isolating diode (D9) and the negative terminal of the DC voltage source (G1) is connected to each of the main transistors (V6). per period is greater than that of the second subcapacitor 15 (C9).

8 72015