FI94686B - Jännitteenmittauspiiri - Google Patents

Description

1 94686 Jännitteenmittauspiiri

Keksinnön kohteena on jännitteenmittauspiiri erityisesti hakkuriteholähteen ulostulojännitteen mittaami-5 seksi, käsittäen muuntajan, jossa on ensiö- ja toisiokää-mi, muuntajan ensiökäämin kanssa mittauspiirin sisääntu-lonapojen väliin sarjaankytketyn ensimmäisen kytkinväli-neen mittausjännitteen kytkemiseksi jaksollisesta muuntajan ensiökäämille.

10 Hakkuriteholähteissä on tyypillisesti tehomuuntaja

Tl, jossa on ensiökäämi W1 ja toisiokäämi W2 ja joka jakaa hakkuriteholähteen kahteen galvaanisesti erotettuun osaan, ensiöpiiriin ja toisiopiiriin, kuten kuvioissa 1 ja 2 on havainnollistettu. DC-hakkuriteholähteessä toisiopuolella 15 on ainakin tasasuuntaaja D2 sekä suodatinkondensaattori Cl. Ensiöpuolella on tyypillisesti kytkentätransistori TRI, joka kytkee muunnettavan tasajännitteen DC1 muuntajan Tl ensiökäämille hakkuriteholähteen toimintataajuudella. Hakkuriteholähteen ulostulojännite DCQUT riippuu transis-20 torin TRI kytkentätaajuudesta, jota tämän vuoksi pyritään säätämään ulostulojännitteestä riippuvaisesti siten, että ulostulojännite pysyy haluttuna. Ongelmaksi tällaisessa piirissä muodostuu ulostulojännitteen DCqut mittaa-. minen teholähteen toisiopuolelta ja mittaustuloksen tai 25 säädön siirtäminen toisiopuolesta galvaanisesti erotetulle ensiöpuolelle transistorin TRI ohjaamista varten.

Eräässä tunnetussa ratkaisussa takaisinkytkettävä säätöinformaatio otetaan tehomuuntajan kautta, kuten kuviossa 1 on kuvattu. Tällöin tehomuuntajaan Tl liittyy 30 toinen toisiokäämi W3, jonka muodostama mittausjännite ta-sasuunnataan tasasuuntaajalla Dl ja syötetään säätöpiirille 11, joka puolestaan ohjaa kytkentätransistoria TR1· Tämä ratkaisu on yksinkertainen mutta se aiheuttaa mittausvirheitä, jotka johtuvat muuntajan Tl hajainduktans-35 sista ja tasasuuntaajan yli olevasta jännitepudotuksesta.

2 94686

Toisessa tunnetussa ratkaisussa, jota on havainnollistettu kuviossa 2, ulostulojännite DCQUT mitataan suoraan hakkuriteholähteen ulostulosta hakkuriteholähteen toisiopuolelle sijoitetulla säätöpiirillä 21 ja säätösig-5 naali syötetään ensiöpuolelle käyttäen erotusyksikköä 22. Tällainen ratkaisu vaatii kuitenkin suhteellisen paljon ylimääräisiä komponentteja.

GB-hakemusjulkaisu 2 153 113 esittää DC-DC-muutta-jan, jossa muuttajan ulostulojännite kytketään transisto-10 rilla, jota muuttajan tehomuuntajan toisiokäämillä esiintyvä kytkentätaajuus ohjaa, erotusmuuntajan ensiökäämille. Erotusmuuntajan toisiokäämille indusoituva jännite tasa-suunnataan ja takaisinkytketään muuttajan ohjauselektro-niikalle. Tässäkin kytkennässä tasasuuntausdiodin ja kyt-15 kentätransistorin yli olevat jännitehäviöt aiheuttavat mittausvirheitä. Mittauspiirin tarkkuus on sitä huonompi, mitä nopeammaksi piiri tehdään.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on hakkuriteholähteen ulostulojännitteen mittauspiiri, jolla vältetään 20 edellä mainitut ongelmat ja saavutetaan lisäksi muita etuja.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyntyyppisellä jännitteenmittauspiirillä, jolle on keksinnönmukaisesti . tunnusomaista, että mittauspiiri käsittää toisiokäämin 25 kanssa mittauspiirin ulostulonapojen väliin sarjaankytke- tyn toisen kytkinvälineen muuntajan toisiokäämiin indusoituneen jännitteen tasasuuntaamiseksi ja kytkemiseksi mittauspiirin ulostulonapoihin, ja välineen ensimmäisen ja toisen kytkinvälineen synkronoimiseksi keskenään, ja että 30 ensimmäisellä ja toisella kytkinvälineellä on resistiivi- nen jännite/virtakäyttäytyminen johtavassa tilassa.

Esillä olevassa keksinnössä hakkuriteholähteen ulostulojännite mitataan mittausmuuntajan ja sellaisen kytkinvälineen, jolla on edullisesti resistiivinen jänni-35 te/virtakäyttäytyminen johtavassa tilassa, sarjaankytken- »· 3 94686 nällä. Kytkinväline kytkee mitattavan jännitteen jaksolli-sesti muuntajan ensiökäämille, jolloin jännite indusoituu muuntajan toisiokäämiin. Muuntajan toisiokäämin jännite tasasuunnataan samantyyppisellä kytkinvälineellä, jollais-5 ta käytettiin muuntajan ensiöpuolella ja kytketään mittaus-piirin ulostulonapoihin, syötettäväksi mittausarvona hakkuriteholähteen säätöpiirille, joka on sijoitettu teholähteen ensiöpuolelle. Kytkinvälineet synkronoidaan keskenään, jolloin voidaan edullisesti käyttää teholähteessä 10 esiintyviä signaaleja. Teholähteen toisiokomponenttien aiheuttamat virheet eliminoituvat, koska mitataan todellista lähtöjännitettä. GB-patenttihakemuksen 2 153 113 ja kuvion 1 mukaisissa tunnetuissa ratkaisuissa mitataan muuntajan navoissa näkyvää jännitettä, mutta todellinen lähtöjännite 15 on tasasuuntajadiodin ja kytkentätransistori jännitehäviön verran pienempi. Tasasuuntaajadiodin jännitehäviö on puolestaan lämpötilariippuva ja lisäksi siinä on komponentti-hajonnasta johtuvaa vaihtelua. Kun keksinnössä käytetään synkronoituja kytkentäelementtejä, joissa ei ole PN-raja-20 pintaa, eliminoidaan rajapinnan lämpötilariippuvuudesta syntyvät virheet. Lisäksi keksinnönmukainen mittauspiiri voidaan toteuttaa pienemmällä määrällä komponentteja kuin tunnetut mittauspiirit.

: Keksintöä selitetään seuraavassa suoritusesimerkki- 25 en avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuviot 1 ja 2 esittävät periaatteelliset kytkentäkaaviot kahdesta tunnetusta hakkuriteholähteen mittaus- ja säätökytkennästä, kuvio 3 esittää periaatteellisen kytkentäkaavion 30 keksinnön mukaisesta mittauspiiristä, ja kuvio 4 esittää periaatteellisen kytkentäkaavion kuvion 3 mittauspiiristä sovellettuna erääseen hakkuriteholähteeseen .

kuvio 5 esittää periaatteellisen kytkentäkaavion 35 kuvion 3 mittauspiiristä sovellettuna toiseen hakkurite- ;· holähteeseen.

4 94686

Keksinnön mukaista mittauspiiriä voidaan soveltaa missä tahansa mittaussovelluksessa, jossa tarvitaan tarkka jännitteenmittaus ja halutaan siirtää mittaustulos gal-vaanisesti erotettujen laiteosien välille.

5 Keksinnön perusrakennetta havainnollistaa kuvion 3 kytkentäkaavio, jossa on esitetty vain keksinnön mukaisen mittauspiirin toiminnan kannalta oleellisimmat komponentit.

Kuviossa 3 esitetty keksinnön ensisijaisen suori-10 tusmuodon mukainen mittauspiiri käsittää mittausmuuntajan T2, jossa on ensiökäämi W4 ja toisiokäämi W5. Muuntajan T2 ensiökäämin W4 kanssa on kytketty sarjaan kytkinkomponent-ti TR2, jolla on resistiivinen jännite/virtakäyttäytyminen johtavassa tilassa. Käämin W4 ja kytkinkomponentin TR2 15 sarjaankytkentä on kytketty mittauspiirin mittaus- tai si-sääntulonapojen A ja B väliin. Muuntajan T2 toisiokäämin W5 kanssa on kytketty sarjaan toinen kytkinkomponentti TR3, joka on samantyyppinen kuin ensiöpuolella käytetty kytkinkomponentti TR2. Toisiokäämin W5 ja kytkinkomponen-20 tin TR3 sarjaankytkentä on kytketty mittauspiirin ulostu-lonapojen C ja D väliin. Kytkinkomponentit TR2 ovat mitä tahansa kytkinkomponentteja, jotka johtavat vain yhteen suuntaan tasasuuntaustoiminnon aikaansaamiseksi ja joilla on haluttu resistiivinen jännite/virtakäyttäytyminen joh-• 25 tavassa tilassa, kuten puolijohdekytkinkomponentit. Kek sinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa TR2 ja TR3 ovat MOSFET-kytkinkomponentteja, joita ohjataan hilaelektro-deilta G1 ja G2.

Kuvion 3 mukainen mittauspiiri toimii seuraavasti. 30 Kytkinkomponentti TR2 kytkee sisääntulonapojen A ja B yli esiintyvän mittausjännitteen hilaelektrodille G1 syötetyn ohjaussignaalin ohjaamana jaksollisesta mittausmuuntajan T2 ensiökäämille W4, jolloin käämin W4 yli esiintyvä jännite indusoi vastaavan jännitteen toisiokäämin W5 yli. 35 Kytkinkomponentti TR3 hilaelektrodille G2 syötetyn ohjaus-” signaalin ohjaamana tasasuuntaa toisiokäämin W5 yli olevan

II

5 94686 indusoituneen jännitteen ja kytkee tasasuunnatun toisio-jännitteen mittauspiirin ulostulonapoihin C ja D. Kytkin-komponentit TR2 ja TR3 on synkronoitu keskenään siten, että ne ovat johtavassa tilassa ja johtamattomassa tilassa 5 oleellisesti samanaikaisesti.

Kuvio 4 havainnollistaa kuvion 3 mukaisen mittaus-kytkennän soveltamista DC-DC-hakkuriteholähteeseen. Kuviossa 4 on esitetty vain keksinnön selostamisen kannalta oleelliset piirikomponentit. Kuten alan ammattimiehelle on 10 ilmeistä, hakkuriteholähdekytkentään voi kuulua muitakin lisäkomponenttej a.

Kuviossa 4 hakkurilähde käsittää muuntajan Tl, joka jakaa teholähteen ensiöpuoleen (sisääntulopuoli) ja toi-siopuoleen (ulostulopuoli). Muuntaja käsittää ensiökäämin 15 W1 ja toisiokäämin W2. Ensiöpuolella tehomuuntajan Tl ensiökäämin W1 kanssa on kytketty sarjaan kytkintransistori TRI, joka kytkentä taajuudella f kytkee sarjaankytkennän yli olevan, sisääntulevan tasajännitteen DCIN ensiökäämil-le W1, jonka yli oleva jännite indusoi vastaavan jännit-20 teen toisiokäämin W2 yli. Toisiokäämin W2 yli oleva jännite tasasuunnataan tasasuuntausdiodilla D2 ja suodatetaan suodatinkondensaattorilla Cl, jolloin kondensaattorin Cl yli oleva jännite muodostaa teholähteen tasajänniteulostu-. Ion DCq^. Teholähteen ulostulonapoihin kondensaattorin Cl • 25 yli on kytketty kuviossa 3 esitetyn keksinnön mukaisen mittauspiirin 41 sisääntulonavat A ja B. Mittauspiirin 41 ulostulonavat C ja D on kytketty teholähteen ensiöpuolella olevaan säätöpiiriin 42, joka muodostaa transistorin TRI ohjaussignaalin. Näin keksinnön mukaisella mittauspiirillä 30 voidaan mitata hakkuriteholähteen toisiopuolelta ulostulo-jännite ja siirtää mittaustulos galvaanisesti erotetulla tavalla toisiopuolen säätöpiirille 42. Säätöpiiri 42 voi yksinkertaisimmillaan muodostua differentiaalivahvistimesta, joka vertaa mittauspiirin 41 tuottamaa jännitettä en-35 naita asetettuun referenssijännitteeseen (joka vastaa haluttua ulostulojännitettä dCqUT) ja tuottaa niiden erojän- « 94686 nitteen, sekä modulaattoripiiristä, jota ohjataan mainitulla erojännitteellä.

Keksinnön mukaisen mittauspiirin 41 kytkinkompo-nenttien TR2 ja TR3 ohjaukseen ja keskinäiseen synkronoin-5 tiin käytetään edullisesti teholähteessä jo olevia signaaleja. Kuviossa 4 esitetyssä suoritusmuodossa ohjaussignaali kytkinkomponentin TR2 hilalle G1 tuotetaan ohjainpiirillä 44 tehomuuntajan Tl toisiokäämin W2 yli olevasta jännitteestä. Vastaavasti kytkinkomponentin TR3 hilaelekt-10 rodille G2 tuotetaan ohjaussignaali ohjainpiirillä 43 joko tehomuuntajan Tl ensiökäämin W1 yli olevasta ensiöjännit-teestä tai vaihtoehtoisesti transistorin TRI ohjaussignaalista. Tällä tavoin myös mittauspiirin 41 ohjainpiirit 44 ja ohjaussignaalit pysyvät galvaanisesti toisistaan ero-15 tettuina, koska ne otetaan eri puolilta tehomuuntajaa Tl ja syötetään eri puolille mittausmuuntajaa T2. Kuitenkin kaikissa ohjaussignaaleissa esiintyvä primäärisenä kytken-tätaajuutena transistorin TRI kytkentätaajuus, jolloin kytkinkomponentit TR2 ja TR3 toimivat toisiinsa synkronoi-20 tuina.

Kuviossa 5 esitetyssä vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa ohjaussignaali kytkinkomponentin TR2 hilalle G1 tuotetaan ohjainpiirillä 54 ja ohjaussignaali kytkinkomponen-. tin TR3 hilaelektrodille G2 ohjainpiirillä 53. Ohjainpii- • 25 rit 53 ja 54 synkronoidaan toisiinsa muuntajan T3 kautta, jolloin ohjainpiirit 53 ja 54 sekä niiden tuottamat ohjaussignaalit ovat galvaanisesti toisistaan erotettuja. Muuntaja T3 on täysin riippumaton tehomuuntajasta Tl ja sen signaaleista, joten ohjauspiirit 53 ja 54 voivat ohja-30 ta mittauspiiriä suuremmalla toimintataajuudella kuin hakkuriteholähteen toimintaajuus.

Keksintöä voidaan soveltaa myös muilla tavoin to-teutuissa hakkuriteholähteissä.

Muutoinkin oheiset kuviot ja niihin liittyvä seli-35 tys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa 7 94686 keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen mittaus-piiri voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa .

Claims (8)

1. 8 94686
2. 1. Jännitteenmittauspiiri erityisesti hakkuriteholähteen ulostulojännitteen mittaamiseksi käsittäen 5 muuntajan (T2), jossa on ensiö- ja toisiokäämi (W4, W5), muuntajan ensiökäämin (W4) kanssa mittauspiirin si-sääntulonapojen (A,B) väliin sarjaankytketyn ensimmäisen kytkinvälineen (TR2) mittausjännitteen kytkemiseksi jak-10 sollisesti muuntajan ensiökäämille (W4), tunnettu siitä, että mittauspiiri lisäksi käsittää toisiokäämin (W5) kanssa mittauspiirin ulostulona-pojen (C, D) väliin sarjaankytketyn toisen kytkinvälineen (TR3) muuntajan toisiokäämiin indusoituneen jännitteen ta-15 sasuuntaamiseksi ja kytkemiseksi mittauspiirin ulostulo- napoihin (C, D), ja välineen (43, 44) ensimmäisen ja toisen kytkinvälineen synkronoimiseksi keskenään, ja että ensimmäisellä ja toisella kytkinvälineellä (TR2, TR3) on resistiivinen jän-20 nite/virtakäyttäytyminen johtavassa tilassa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen kytkin-väline (TR2, TR3) ovat puolijohdekytkinkomponentteja, edullisesti MOSFET-kytkinkomponenttej a. : 25 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittaus- piiri, tunnettu siitä, että väline ensimmäisen ja toisen kytkinvälineen (TR2, TR3) synkronoimiseksi ohjaa kytkinvälineitä hakkuriteholähteestä saatavilla ohjaussignaaleilla.
4. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että hakkuriteholähde käsittää tehomuuntajan (Tl), jossa on ensiö- ja toisiokäämi(W1, W2), ja että väline ensimmäisen ja toisen kytkinvälineen (TR2, TR3) synkronoimiseksi käsittää ensimmäisen ohjain-35 piirin (44), joka ohjaa ensimmäistä kytkinvälinettä teho- • II 9 94686 muuntajan toisiopuolelta saatavalla ensimmäisellä ohjaussignaalilla, ja toisen ohjainpiirin (43), joka ohjaa toista kytkinvälinettä tehomuuntajan ensiöpuolelta saatavalla toisella ohjaussignaalilla, jolla on sama taajuus kuin 5 ensimmäisellä ohjaussignaalilla.
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että ensimmäinen ohjaussignaali muodostetaan tehomuuntajan toisiokäämin (W2) jännitteestä ja toinen ohjaussignaali muodostetaan ensiökäämin (Wl) 10 jännitteestä.
6. 6. Patenttivaatimuksen 3, 4 tai 5 mukainen mittaus- piiri, tunnettu siitä, että ohjaussignaalien taa juus on hakkuriteholähteen toimintataajuus.
7. 7. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittaus- 15 piiri, tunnettu siitä, että väline ensimmäisen ja toisen kytkinvälineen (TR2, TR3) synkronoimiseksi käsittää ensimmäisen ohjainpiirin (54), joka ohjaa ensimmäistä kytkinvälinettä, toisen ohjainpiirin (53), joka ohjaa toista kytkinvälinettä, sekä muuntajan (T3), jonka kautta ohjain-20 piirit on synkronoitu toisiinsa.
8. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että hakkuriteholähde käsittää tehomuuntajan (Tl), jossa on ensiö- ja toi- . siokäämi (Wl, W2), sekä tehomuuntajan ensiöpuolelle kytke- - 25 tyn ensiöjännitettä säätävän säätöpiirin (42, TRI), ja että mittauspiirin ulostulonavat (C, D) on kytketty mainitulle säätöpiirille. • · 10 94£6ί