FI88233C - Resonansstroemkaella - Google Patents

Description

1 88233

Re sonanss i teholähde

Keksinnön kohteena on resonanssiteholähde, joka käsittää tasajännitelähteen, kahden puolijohdekytkinväli-5 neen sarjaankytkennän, joka on kytketty rinnan mainitun tasajännitelähteen kanssa, kytkinvälineiden ollessa ohjattavissa vuorotellen johtaviksi, muuntajan, joka käsittää muuntajasydämelle sijoitettuna ensiökäämin, jonka ensimmäinen napa on kytketty mainittujen puolijohdekytkinvälineiden 10 väliseen liitäntäpisteeseen, ja toisiokäämin, joka on kytketty tasasuuntaajalle, ainakin yhden kapasitanssin, joka on kytketty mainitun tasajännitelähteen yhden navan ja muuntajan ensiökäämin toisen navan väliin, ensimmäisen resonanssipiirin, joka käsittää ainakin yhden kapasitanssin 15 ja ainakin yhden induktanssin muuntajan ensiökäämin virran aaltomuodon muokkaamiseksi osittain siniaaltomuodoksi, ja toisen resonanssipiirin, joka käsittää ainakin yhden kapasitanssin ja iduktanssin, oleellisesti nollajännitekytken-nän aikaansaamiseksi puolijohdekytkinvälineille.

20 Kytkinteholähteitä eli hakkuriteholähteitä käytetään yleisesti tasa Jännitteiden muuntamiseen. Kytkinteholähtei-den etuja ovat suurempi hyötysuhde ja pienempi koko sekä pienempi paino lineaariteholähteisiin verrattuna.

Kytkinteholähdetekniikka on jo vuosikymmeniä perus-25 tunut pääasiassa pulssisuhde- tai pulssinleveyssäätöön (PWM). Siinä lähtötehon, lähtöjännitteen tai lähtövirran säätö tai vakauttaminen (stabilointi) toteutetaan kytkinte-holähteen (hakkurin) puolijohdekytkimien (esim. fettien) johtamisajan ja johtamattoman ajan välistä suhdetta muutta-30 maila. Taajuus on yleensä suurinpiirtein vakio.

: Viime aikoina on kuitenkin noussut mielenkiinnon .···. kohteeksi uusi resonanssiteholähdetekniikka (RTL). Reso- nanssiteholähdetekniikan mukanaan tuomia etuja ovat mm.

- puoli johdekytkimien kytkentähäviöiden aleneminen, "... 35 koska kytkimillä voidaan suorittaa nollavirta- tai nolla- 2 88233 jännitekytkentöjä, ts. puolijohdekytkimen läpi ei kulje virtaa tai sen yli ei ole jännitettä kytkentähetkellä.

- pienempien kytkentähäviöiden ansiosta voidaan käyttää suurempia kytkentätaajuuksia, mikä taas johtaa 5 pienempiin tehonsiirtokomponentteihin ja mahdollisuuteen suodattaa kytkintoiminnan ja kytkinpiirien säteilemät häiriöt pienemmillä suodatuskomponenteilla. Toisin sanoen teholähteen kokoa voidaan pienentää.

- resonanssiteholähdetekniikan avulla voidaan edel-10 leen toteuttaa kytkentöjä, joissa kytkettävät virrat ja/tai jännitteet ovat eräältä osin hetkellisesti sinimäisiä. Tällöin piirin sisältämien induktanssien ja kapasitanssien vaikutuksesta virran tai jännitteen aaltomuoto kehittyy enemmän tai vähemmän sinifunktion mukaisesti, riippuen 15 siitä, miten paljon piirissä olevat siniaaltoa vääristävät piirielementit tai piiriin liittyvät muut sähköiset signaalit muuttavat aaltomuotoa. Sinimäisten aaltomuotojen etuja ovat perustaajuudesta poikkeavien harmonisten taajuuskom-ponenttien puuttuminen aaltomuodon spektristä, mikä merkit-20 see käytännössä radiotaajuisten häiriöiden vähenemistä ja yksinkertaistaa häiriöiden vaimentamista teholähteessä. Toinen sinimuotoisen aaltomuodon tuoma merkittävä seikka on puolijohdekytkimien kytkentähäviöiden aleneminen aaltomuodon ollessa hidastettu kytkentähetkellä.

..:25 Resonanssiteholähde on viritetty antamaan suurin teho tietyllä resonanssitaajuudella. Resonanssiteholähteen tehoa, virtaa tai jännitettä voidaan säätää pienemmäksi suurentamalla tai pienentämällä teholähteen taajuutta kauemmaksi resonanssitaajuudesta. Kun taajuuden avulla tapah-30 tuva tehonsäätö vaatii tehon säätämistä pienemmäksi tai jopa nollaan, kohdataan ongelmia, jos tehon säätäminen tapahtuu taajuutta suuremmalla, koska kytkinfettejä ei voida kytkeä edullisesti taajuuden lähestyessä ääretöntä. Toisaalta kohdataan ongelmia myös silloin, kun toiminta . 35 perustuu tehon alentamiseen taajuutta alentamalla, koska 3 88233 taajuuden pienentyessä myös säätöpiirin on oltava hidas ja pienen taajuuden suodattaminen vaatii suuret suodatinkom-ponentit.

Resonanssiteholähdetekniikassa energia on vuorotel-5 Ien varautunut joko virtana induktanssiin tai jännitteenä kapasitanssiin. Virta ja jännite vaihtelevat ääriarvojen välillä ylittäen nollakohdan säännöllisesti. Maksimikytken-tätehokkuus saavutetaan silloin, kun kytkentä tapahtuu näissä nollakohdissa.

10 Artikkelissa "Switching supplies: Changing with the times", John Bassett, Electronics, January 7, 1988, ss. 145 - 150, on kuvattu erilaisia resonanssiteholähteitä ja niiden toimintaa. Artikkelissa kaikki resonanssiteholähteet käsittävät kahden puolijohdekytkimen sarjaankytkennän sekä 15 kahden kondensaattorin sarjaankytkennän, jotka on molemmat kytketty rinnan tasa jännitelähteen kanssa. Edelleen artikkelissa esitetyt teholähteet käsittävät muuntajan, jonka ensiökäämi on kytketty erillisen kelan kanssa sarjaan puoli johdekytkinten välisen liitäntäpisteen ja kondensaattori-20 en välisen liitäntäpisteen väliin. Muuntajan toisiokäämi on kytketty tasasuuntaaja- ja suodatinpiireille, jotka muodostavat resonanssi teholähteen ulostulon. Muuntajan ensiökää-min rinnalle on kytketty kondensaattori, joka yhdessä edellä mainitun kelan kanssa muodostaa teholähteen resonanssi-25 piirin mahdollistaen puoli johdekytkinten nol lavi r täky tkennän. Mikäli lisäksi halutaan puolijohdekytkimien nollajän-nitekytkentä, artikkelissa kytketään muuntajan ensiökäämin ja mainitun kelan sarjaankytkennän rinnalle vielä toinen kondensaattori.

30 Keksinnön päämääränä on aikaansaada uudentyyppinen resonanssiteholähde, jossa komponenttien määrää voidaan pienentää ja jossa tehonsäätö voidaan suorittaa myös pienillä tehoilla.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä ·...’ 35 resonanssiteholähteellä, jolle on keksinnön mukaisesti 4 88233 tunnusomaista, että ensinnäisen resonanssipiirin muodostavat muuntajan hajainduktanssi ja mainittu ainakin yksi kapasitanssi, ja että toisen resonanssipiirin muodostavat puolijohdekytkimien yli vaikuttavat kapasitanssit ja muun-5 tajän induktanssi tai muuntajan ensiö- tai toisiokäämin rinnalle kytketty induktanssi.

Keksinnössä on vältetty täysin erilliset resonanssi-piirin muodostavat kelat ja kondensaattorit. Resonanssite-holähteen varsinaisen resonanssipiirin muodostavat aikai-10 semmin erotuskondensaattoreina käytetyt kondensaattorit sekä muuntajan hajainduktanssi. Toisessa resonanssipiirissä muuntaj an induktanssiin varastoitunutta magnetointienergiaa voidaan käyttää muuttamaan puolijohdekuytkimien yli vaikuttavien kapasitanssien jännitteet nollajännitekytkennän 15 mahdollistamiseksi sekä puoli johdekytkimien kytkentähäviöi- den ja radiotaajuisia häiriöitä synnyttävän, puoli johdekytkimien kytkemisestä syntyvän nopean jännitemuutoksen hidastamiseen ja puolijohdekytkimien ohjauksen helpottamiseen. Tämän seurauksena puolijohdekytkimien ohjauspiireiltä vaa-20 di taan vähemmän suorituskykyä. Hakkurimuuntaj an muuntaj asy-dän ei voi myöskään oikein mitoitettuna kyllästyä, koska muuntajan ensiökäämin kanssa sarjassa olevat resonointikon-densaattorit rajoittavat muuntajan virtaa, johon magnetoin-tivirta sisältyy. Myöskään muuntajan toisiokäämin virranra-: 25 joitusinduktanssia ei välttämättä tarvita erillisenä piiri-elementtinä, vaan saman tehtävän voi toteuttaa ensiö- ja toisiokäämien välinen hajainduktanssi. Koska tämän hajain-duktanssin energia on käytännössä kokonaan ilmassa, ei se voi koskaan kyllästyä. Täten keksinnön mukaisen resonanssi-30 teholähteen induktiivisten pilrielementtien kyllästyminen on käytännössä mahdotonta kaikissa tilanteissa (esim. teholähteen käynnistyksessä), jolloin on voitettu eräs kytkin-teholähteiden tärkeimmistä vikaantumissyistä ja siten huomattavasti parannettu teholähteen luotettavuutta.

35 Toisen resonanssipiirin induktanssi voidaan toteut- _ 83233 5 taa myös muuntajan ensiö- tai toisiokäämin rinnalle kytketyllä erillisellä induktanssilla erityisesti ilmasydämet-tömän muuntajan tapauksessa. Haittana on kuitenkin ylimääräisen komponentin tuominen piiriin.

5 Keksinnön toisessa suoritusmuodossa resonanssiteho- lähde on toteutettu säädettävänä siten, että se toimii suuremmilla tehoalueilla resonanssiperiaatteella taajuus-säätöisenä ja pienemmillä tehoalueilla kytkinteholähteenä pulssisuhdesäätöisenä. Keksinnön mukaisessa resonanssiteho-10 lähteessä lähtötehoa pienennetään säätämällä teholähteen taajuutta pienemmäksi, mutta lähtötason säätäminen nollaan resonanssiperiaatteella taajuutta pienentämällä ei ole edullista, koska matala kytkentätaajuus vaatii hitaan takaisinkytkennän. Toisaalta myös tällaisessa ratkaisussa 15 syntyisi pienitaajuisia tasasähköpulsseja, joiden suodattaminen hyvin vähän aaltoilevaksi tasasähköksi vaatisi liian suuret ulos tulo jännitteen suodatuskomponentit. Tämän vuoksi käyttämällä pienillä tehoalueilla ja pienillä taajuuksilla teholähdettä pulssisuhdesäätöisenä kytkinteholähteenä, 20 yhdistetään näiden kahden eri periaatteella toimivan teho-lähdetekniikan hyvät ominaisuudet siten, että kummallekin tekniikalle luonteenomaisia epäideaalisuuksia voitetaan.

Keksintöä selvitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin viitaten oheisiin piirroksiin, joissa 25 kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista resonans si teholähdettä kytkentä- ja lohkokaaviomuodossa, kuviot 2-4 esittävät signaaleja, joita esiintyy kuvion 1 mukaisessa resonanssiteholähteessä sen toimiessa resonans s iperlaatteel1a, " 30 kuvio 5 esittää kytkentäkaavion eräästä ohjauspii ristä, jolla kuvion 1 teholähdettä voidaan säätää keksinnön mukaisesti, ____ kuviot 6a ja 6b esittävät signaalikaavioita, jotka • havainnollistavat kuvion 5 mukaisen piirin synnyttämiä • 35 kytkinohjaussignaaleja OUTA ja OUTB, ja 6 88233 kuviot 7-9 esittävät signaaleja, joita kuvion 1 teholähteessä esiintyy sen toimiessa pulssisuhdesäätöisenä kytkinteholähteenä.

Tässä yhteydessä käytetyllä termillä resonanssiteho-5 lähde tarkoitetaan yleisesti DC-DC-muuttajina käytettyjä resonanssiperiaatteella toimivia kytkinteholähteitä, joita voidaan kutsua myös resonanssimuuntimiksi tai resonanssi-inverttereiksi. Kuviossa 1 esitetyn teholähteen toimintaperiaate on puolisiltainvertteri. Kuviossa 1 resonanssiteho-10 lähde käsittää tasa jännitelähteen tai sisääntulon VS. Tasa- jännitelähteen rinnalle on kytketty puolijohdekytkinten Q1 ja Q2, esim. fettien, sarjaankytkentä sekä kondensaattorien Cl ja C2 sarjaankytkentä. Sarjaankytkettyjen puolijohdekyt-kimien Q1 ja Q2 välisen liitospisteen P1 ja kondensaattori-15 en Cl ja C2 välisen liitospisteen P2 väliin on kytketty hakkurimuuntajan Tl ensiökäämi LI. Toinen kondensaattoreista Cl ja C2 on mahdollista jättää pois, jolloin jäljelle jäävä kondensaattori on kytketty tasa jännitelähteen VS toisen navan ja ensiökäämin LI toisen navan P2 väliin. Samalle 20 muuntajasydämelle ensiökäämin LI kanssa on käämitty muuntajan Tl toisiokäämi L2, joka on edelleen kytketty tasa-suuntaajapiirille 2, suodatinpiirille 3 sekä ulostulojän-nitteen ja virranmittauspiirille 4, jonka ulostulonavoissa näkyy resonanssivirtalähteen tasajänniteulostulo U0UT. Puo-• 25 lijohdekytkimen Q1 rinnalle on kytketty estosuuntaisesti diodi Dl ja puolijohdekytkimen Q2 on kytketty estosuuntaisesti diodi D2 suojaamaan puolijohdekytkimiä Q1 ja Q2 suurilta vastakkaissuuntaisilta kytkentäpiikeiltä. Diodit Dl ja D2 voivat käytännössä olla puolijohdekytkinkomponenttei-30 hin Q1 ja Q2, kuten tehofetit, integroituja osia. Puolijoh-dekytkimien Q1 ja Q2 rinnalle katkoviivalla piirretyt kondensaattorit C3 ja C4 havainnollistavat puolijohdekytkimien yli vaikuttavia loiskapasitansseja, jotka voivat olla pelkästään pisteeseen P1 kytkettyjen komponenttien sisäisiä 35 kapasitansseja.

7 88233

Vertailupiiri 5 vertaa mittauspiirin 4 mittaamia ulostulojännite- ja virta-arvoja asetuspiirin 6 antamiin asetusarvoihin ja syöttää vertailutuloksen ohjauspiirille 1. Ohjauspiirin 1 ohjausulostulo OUTA on kytketty puolijoh-5 dekytkimen Q1 ohjauselektrodille, kuten hilalle. Vastaavasti ohjauspiirin 1 toinen ohjausulostulo OUTB on kytketty toisen puolijohdekytkimen Q2 ohjauselektrodille. Oh-jausulostulot OUTA ja OUTB ovat aina eriaikaisesti aktiivisessa tilassa ohjaten puolijohdekytkimet vuorotellen johta-10 viksi.

Siten puolijohdekytkimet Q1 ja Q2 kytkevät vuorotellen tasajännitelähteen Vs eri navat muuntajan Tl ensiökää-min LI napaan, joka on kytketty liitäntäpisteeseen Pl. Muuntajan Tl hajainduktanssi ja kondensaattorit Cl ja C2 15 muodostavat resonanssiteholähteen normaalin toiminnan aikaansaavan resonanssipiirin. Toisaalta muuntajan Tl induktanssi ja hajakapasltanssit C3 ja C4 muodostavat toisen resonanssipiirin, jolloin johtavan puolijohdekytkimen Q1 tai Q2 kautta muuntajan Tl enslökäämln LI läpi kulkeva 20 virta lataa varastoi muuntajan Tl induktanssiin induktiivisen energian, joka puolijohdekytkimen Q1 tai Q2 avautuessa tai tullessa johtamattomaksi vaihtaa molempien puolijohdekytkimen Q1 ja Q2 yli olevien kapasitllvisten elementtien, ts. C3 ja C4, varaukset siten, että seuraavak-25 si johtavaksi kytkettävän puolijohdekytkimen Q1 tai Q2 yli vaikuttava jännite on käytännössä 0 sillä hetkellä, kun puolijohdekytkin kytketään johtavaksi. Diodi D3 tai D4 johtaa, kun muuntajan Tl energia muuttaa kondensaattorien C3 ja C4 varauksia. Keksinnön ensisijaisessa suoritus-30 muodossa haluttu muuntajan Tl Induktanssiin varastoituneen induktiivisen energian suuruus saadaan pienentämällä muuntajan Tl induktanssia. Muuntajan induktanssilla tarkoitetaan muuntajan ensiökäämin Li navoista mitattua induktanssia, kun toisiokäämin L2 navat ovat avoimet. Tämä induk-35 tanssi saadaan valituksi tai pienennetyksi sopivaksi säätä- 8 88233 mällä muuntajasydämen muodostamassa magneettipiirissä olevaa ilmarakoa. Muuntajan Tl magnetointienergian edullisin arvo sillä hetkellä, kun jompikumpi puolijohdekytkin Q1 tai Q2 kytketään johtamattomaksi, on suunnilleen sama kuin 5 kapasitanssien Cl ja C2 varaamiseen ja purkamiseen vaadittava, nollajännitekytkennän mahdollistava energia. Muuntajan Tl magnetointienergia saadaan yhtälöstä WT1 = ½ · LT1 -I2, (1) missä LT1 = muuntajan induktanssi ja I = magnetointivirran 10 osuus muuntajan virrasta.

Kytkimien yli vaikuttavien kapasitanssien energia puolestaan saadaan yhtälöstä

Wc = ½ - C -U2, (2) missä C = kytkimien yli vaikuttavien kapasitanssien summa 15 C3+C4jaU= tasajännitelähteen Vs jännite. Siten keksinnön mukainen nollajännitekytkentä saavutetaan kun WT1 = Wc.

Muuntajan hajainduktanssilla tarkoitetaan induktanssia, joka mitataan muuntajan ensiökäämin LI navoista kun toisiokäämin L2 navat on oikosuljettu. Tätä hajainduk-20 tanssia voidaan haluttaessa käyttää myös korvaamaan erillinen toisiovirtaa rajoittava kela.

Oleellisesti sama vaikutus kuin ilmasydämellä varustetun muuntajan induktanssia käytettäessä saadaan ilmasydä-mettömässä muuntajassa, kun muuntajan Tl ensiökäämin rin-25 nalle kytketään erillinen induktanssi L3, joka toimii toisessa resonanssipiirissä edellä mainitun muuntajan induktanssin tilalla.

Kuvioissa 2-4 havainnollistetaan graafisesti muutamia kuvion 1 teholähteessä esiintyviä aaltomuotoja sen 30 toimiessa resonanssiperiaatteella. Kuvio 2 havainnollistaa liitäntäpisteen P1 jännitettä Upl, jossa jännitteen muutokset tapahtuvat molempien puolijohdekytkimien Q1 ja Q2 ollessa johtamattomina. Jännitteen UPl muuttuminen tapahtuu sinifunktion mukaisesti muuntajan Tl magnetointienergian 35 muuttaessa kapasitanssien C3 ja C4 varaukset. Kuvio 3 ha- 9 88233 vainnollistaa liitäntäpisteen P2 jännitteen Up2 aaltomuotoa. Kun resonanssipiirin taajuutta ja sitä kautta tehoa pienennetään, pitenevät aikavälit tt - t2 Ja t3 - tt, joiden aikana jännite UP2 on vakio ja yhtä suuri kuin tasajänniteläh-5 teen Vs jännite U tai vastaavasti nolla volttia. Kuvio 4 esittää muuntajan Tl ensiökäämin läpi kulkevan virran aaltomuotoa. Muutettaessa resonanssipiirin taajuutta eli kytkimien Q1 ja Q2 kytkentätaajuutta muuttuvat aikavälit t5 -t6 ja t7 - t8, joiden aikana virta iL1 on vakio tai muuttuu 10 melko hitaasti. Virran iL1 arvo aikaväleillä t5 - t6 ja t7 -t8 muodostuu pelkästään magnetointivirrasta. Ajanhetkinä t6 ja t8 kulloinkin johtavana ollut puolijohdekytkin Q1 tai Q2 ohjataan johtamattomaksi ja muuntajan Tl magnetointivirta alkaa muuttamaan kapasitanssien C3 ja C4 varauksia.

15 Nyt viitataan kuvioon 5, jossa on esitetty kytkentä kaavio eräästä ohjauspiiristä, jota voidaan käyttää kuvion 1 ohjauspiirinä 1. Kuviossa 5 esitetyssä keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa ohjauspiiri on toteutettu erityisesti resonanssiteholähteiden ohjaamiseen tarkoitetulla 20 integroidulla piirillä MC 34066 (High Performance Resonant Mode Controller), jota valmistaa Motorola Inc. Piiri MC 34066 kehittää esimerkiksi vertailupiirin 5 muodostaman takaisinkytkentäsignaalin avulla puolijohdekytkimien Q1 ja Q2 ohjaamiseen tarvittavat ohjaussignaalit OUTA ja OUTB. 25 Toinen ohjaussignaaleista OUTB ja OUTA täytyy viedä puoli-johdekytkimelle erottimen kautta, koska puolijohdekytkimien Q1 ja Q2 ohjauselektrodien välillä voi olla hyvin suuri jännite, esim. 300 V. Erottimena voi sinänsä tunnetulla tavalla käyttää valmista mikropiiriä tai erotusmuuntajaa.

·: 30 Resonanssiteholähteen ohjaussignaalien synnyttäminen MC 34066 ohjauspiirillä on selostettu esimerkiksi kyseisen piirin datakirjassa ja tässä yhteydessä selostetaan tarkemmin vain ne lisäykset, jotka ohjauspiiriin tarvitaan keksinnön mukaisen tehonsäädön aikaansaamiseksi . Ohjauspiiris-35 sä MC 34066 on nastaan 16 kytkettynä vastuksen RT ja kon- 10 88233 densaattorin CT muodostama RC-aikavakiopiiri, jonka avulla voidaan määritellä kuvioissa 6a ja 6b esitetyille ulostulosignaaleille OUTA ja OUTB maksimi pulssinleveys t10, joka määrittää vastaavan puolijohdekytkimen Q1 ja Q2 johtavana 5 oloajan. Kun piirin 1 synnyttämien ohjaussignaalien taajuutta alennetaan, t10 levenee, kunnes RC-aikavakiopiirin RTCT määräämä maksimi pulssinleveys saavutetaan. Kun taajuutta edelleen pienennetään, ohjaussignaalien OUTA ja OUTB aktiivisten pulssien välinen aikaero tu alkaa kasvaa.

10 Ohjauspiiri MC 34066 ja siihen liittyvä RC-aikava- kiopiiri R,.CT toimii täysin sille asetetulla tavalla re-sonanssiteholähteen toimiessa resonanssiperiaatteella suurilla taajuuksilla ja suurilla tehoilla ja säätää resonanssi teholähteen ulostulotehoa säätämällä kytkentätaajuutta. 15 Esillä olevan keksinnön mukaisesti kuitenkin teho lähteen tehon kytkentätaajuden pienentyessä ennalta määrätylle alueelle, teholähteen säätö alkaa siirtyä taajuuden säädöstä pulssisuhdesäätöön. Tätä varten on keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa, joka on esitetty kuviossa 5, 20 RC-aikavakiopiirin RjC.,. vastuksen RT rinnalle kytketty sähköisesti säädettävänä vastuksena toimiva kanavatransistori Q4. Tämän avulla voidaan toisen ohjaussignaalin OUTA ja OUTB aikaa t10 säätää jopa pienemmäksi, kuin se on maksimi-kytkentätaajuudella. Tämä mahdollistaa lähtötehon säätämi-25 sen alemmaksi pulssisuhdesäätöisenä. Jos laitteen maksimi-taajuus on noin 700 kHz, niin teholähteen toimiessa resonanssiperiaatteella t10 on noin 600 ns, kun taas minimitaa-juudella, esim. 50 kHz, aikaväli t10A tai t10B voi olla esim. 150 ns. Ohjauspiirissä MC 34066 nastan 6 jännitearvo 30 muuttaa kytkentätaajuutta siten, että kytkentätaajuus pienenee, kun jännite nastassa 6 laskee. Kun kytkentätaajuus on suuri, ts. teholähde toimii resonanssiperiaatteella, nastan 6 suuri jännite ohjaa vastuksien Rl ja R3 kautta ohjaustransistorin Q3 johtavaksi, jolloin se ohjaa kanava-. 35 transistorin 4 johtamattomaksi eli suuri-impedanssiseen n 88233 tilaan. Tällöin kanavatransistorin Q impedanssi on huomattavasti suurempi kuin vastuksen R, arvo, eikä siten vaikuta aikavakiopiirin R,CT aikavakioon. Kun nastan 6 jännite kytkentä taajuutta pienennettäessä pienenee arvoon n. 1 V, 5 ohjaustransistorin Q3 johtavuus alkaa pienentyä. Tällöin kanavatransistori Q4 alkaa saada positiivista ohjausjänni-tettä aina kun mastassa 12 esiintyvä ohjaussignaali OUTA on positiivinen. Saamansa positiivisen ohjauksen aikana kanavatransistori Q4 johtaa, jolloin sen impedanssi pienenee 10 huomattavasti ja alkaa vaikuttaa vastuksen RT rinnalla pienentäen aikavakiopiirin R,CT aikavakiota ohjaussignaalin OUTA ollessa aktiivisena ja siten lyhentää tämän ohjaussignaalin pulssinleveyttä t10A. Mitä pienemmäksi kytkentätaa-juus ja nastan 6 jännite tulevat sitä lyhyemmäksi muuttuu 15 ohjaussignaalin OUTA aktiivisen pulssin t10A leveys. Näin tehonsäätö muuttuu taajuussäädöstä pulssinleveyssäädöksi tai pulssisuhdesäädöksi. Tietyllä siirtymäalueella vaikuttavat kuitenkin samanaikaisesti sekä taajuudensäätö että pulssinleveyssäätö, jolloin ei voida määritellä mitään 20 tarkkaa rajaa, missä muutos tapahtuu.

Kuvioissa 7 - 9 on vastaavasti esitetty pisteen P1 • jännitteen UP1 aaltomuoto, ensiökäämin LI virran iL1 aalto muoto ja pisteen P2 jännitteen Up2 aaltomuoto teholähteen toimiessa pulssinleveyssäätöisenä kytkinteholähteenä.

25 Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnönmukainen resonanssiteholähde voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi puolijohdekytkinten Q1 ja Q2 ohjaus keksinnön mukaisesti :.··| 30 voidaan toteuttaa hyvin monella eri tavalla edellä esitetystä poiketen. Voidaan esimerkiksi toteuttaa ohjauspiiri, joka pulssinleveyssäätöisenä mahdollistaa pulssinleveyden säätämisen nollaan.

Claims (8)

12 88233

1. Resonanssiteholähde, joka käsittää tasajännite-lähteen (VS), kahden puolijohdekytkinvälineen (Q1,Q2) sar- 5 jaankytkennän, joka on kytketty rinnan mainitun tasajänni- telähteen (VS) kanssa, kytkinvälineiden (Q1,Q2) ollessa ohjattavissa vuorotellen johtaviksi, muuntajan (Tl), joka käsittää muuntajasydämelle sijoitettuna ensiökäämin (LI), jonka ensimmäinen napa on 10 kytketty mainittujen puolijohdekytkinvälineiden (Q1,Q2) väliseen liitäntäpisteeseen (Pl), ja toisiokäämin (L2), joka on kytketty tasasuuntaajalle (2), ainakin yhden kapasitanssin (C1,C2), joka on kytketty mainitun tasajännitelähteen yhden navan ja muuntajan 15 ensiökäämin toisen navan väliin, ensimmäisen resonanssipiirin, joka käsittää ainakin yhden kapasitanssin ja ainakin yhden induktanssin muuntajan ensiökäämin virran aaltomuodon muokkaamiseksi ainakin puoli johdekytkimien kytkentähetken ajaksi oleellisesti sini-20 aaltomuodoksi, ja toisen resonanssipiirin, joka käsittää ainakin yhden kapasitanssin ja iduktanssin, oleellisesti nollajännitekyt-kennän aikaansaamiseksi puoli johdekytkinvälineille, tunnettu siitä, että ensinnäisen resonanssipiirin muo-. 25 dostavat muuntajan (Tl) hajainduktanssi ja mainittu ainakin yksi kapasitanssi (C1,C2), ja että toisen resonanssipiirin muodostavat puolijohdekytkimien (Q1,Q2) yli vaikuttavat kapasitanssit (C3,C4) ja muuntajan (Tl) induktanssi tai muuntajan ensiö- tai toisiokäämin rinnalle kytketty induk-30 tanssi (L3).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen resonanssiteholäh-de, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi kapasitanssi käsittää kahden kapasitanssin (C1,C2) sarjaankytkennän, joka on kytketty rinnan mainitun tasajänniteläh- : 35 teen kanssa siten, että muuntajan (Tl) ensiökäämin (LI) i 13 88233 toinen napa on kytketty mainittujen sarjaankytkettyjen kapasitanssien (Cl,C2) väliseen liitäntäpisteeseen (P2).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen resonanssi-teholähde, tunnettu siitä, että muuntajan (Tl) 5 induktanssi on muuntajasydämen muodostamassa magneettipiirissä olevaa ilmarakoa säätämällä asetettu sellaiseksi, että puolijohdekytkimen (Q1,Q2) johtaessa muuntajan (Tl) induktanssiin varastoitunut energia on oleellisesti yhtä suuri kuin molempien puolijohdekytkimien johtamattomina 10 ollessa niiden yli vaikuttavien kapasitanssien purkamiseen ja varaamiseen vaadittava, nollajännitekytkennän mahdollistava energia.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen resonans-siteholähde, tunnettu kahden diodin (D3,D4) sar- 15 jaankytkennästä, joka on kytketty estosuuntaisesti mainittujen kapasitanssien (C1,C2) sarjaankytkennän rinnalle siten, että diodien (D3,D4) välinen liitäntäpiste on kytketty kapasitanssien väliseen kytkentäpisteeseen (P2).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 20 resonanssiteholähde, tunnettu siitä, että resonans- siteholähteen lähtötehon säätö on puolijohdekytkinvälinei-den (Q1,Q2) kytkentätaajuudensäätö.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen resonanssi teholähde, tunnettu siitä, että resonssite- ____; 25 holähteen lähtötehon säätö on pienillä lähtötehoilla puoli- johdekytkinvälineiden (Q1,Q2) pulssisuhdesäätö.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen resonanssi-teholähde, tunnettu siitä, että tehonsäätövälineis-tä, jotka suurilla tehoilla ja kytkentätaajuuksilla säätä- ·: 30 vät puolijohdekytkimien (Q1,Q2) kytkentätaajuutta ja jotka suhteellisesti pienemmillä tehoilla ja kytkentätaajuuksilla säätävät puolijohdekytkimien (Q1,Q2) johtavien ja ei-joh-tavien jaksojen pituuksien suhdetta. 14 38233