FR2526244A1

FR2526244A1 - Phase controlled voltage AC supply with overvoltage protection - uses circuit, in series with load, comprising rectifier supply switched transistor operated in phase control mode

Info

Publication number: FR2526244A1
Application number: FR8307264A
Authority: FR
Inventors: Eiji Fujiwara
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1983-05-02
Publication date: 1983-11-04
Also published as: JPS58191013A

Abstract

The stabilised alternating current supply uses phase control to stabilise the output voltage of the alternating supply and prevents overvoltages in the load circuit (2). The circuit accepts an alternating input (1) and delivers regulated AC voltage to a load (2). The load circuit includes a series bridge rectifier (3), the DC output of which circulates through a transistor (15). The transistor is switched by a phase controller (8) which responds to load current (4) and load voltage (6) signals to provide the necessary regulation. The load voltage detector (6) delivers a signal to a comparator (7), giving the difference between the load voltage feedback and a reference voltage (Er). If an overvoltage is detected (7) the transistor is turned off before the end of the half cycle.

Description

La présente invention concerne un circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif et, plus parti culiârement, un circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif du type à commande de phase, capable de stabiliser la tension de sortie et protégé contre une surintensité par réalisation d'une commande de phase avec un élément principal de commande. The present invention relates to a stabilized alternating current supply circuit and, more particularly, a stabilized alternating current supply circuit of the phase control type, capable of stabilizing the output voltage and protected against overcurrent by carrying out '' a phase control with a main control element.

En général, un circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif comprend un circuit permettant de limiter une augmentation excessive du courant de sortie à la suite du court-circuit d'une charge ou analogue, dans le but de protéger son élément principal de commande, les composants du circuit etc... In general, a stabilized alternating current supply circuit comprises a circuit making it possible to limit an excessive increase in the output current following the short-circuit of a load or the like, with the aim of protecting its main control element, circuit components etc ...

Dans un circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif du type à commande de phase, un thyristor est généralement employé comme élément principal de commande, et lorsqu'il y a circulation d'une surintensité, l'angle de phase de conduction du thyristor est amené à être plus étroit. Cependant, comme le thyristor est un élément de maintien, ce procédé ne permet pas d'effectuer la commande dans le demi-cycle oil la surintensité s'est produite à la suite d'un court-circuit ou analogue du côté de la charge, mais la commande par rétrécissement de l'angle de phase de conduction ne peut être amorcée que dans le demi cycle suivant. In a stabilized AC supply circuit of the phase control type, a thyristor is generally used as the main control element, and when there is an overcurrent, the conduction phase angle of the thyristor is brought to be narrower. However, as the thyristor is a holding element, this method does not allow the control to be carried out in the half-cycle where the overcurrent has occurred following a short circuit or the like on the load side, but the command by narrowing the angle of conduction phase can only be initiated in the next half cycle.

Il en résulte que le courant de court-circuit circulera entre le moment où le court-circuit se produit et la fin du premier demi-cycie, entraînant le risque d'endommagement du thyristor ou le grillage du circuit. As a result, the short-circuit current will flow between the time the short-circuit occurs and the end of the first half-cycle, causing the risk of damage to the thyristor or burnout of the circuit.

Par conséquent, il est nécessaire de choisir un thyristor présentant un courant de surcharge important et de constituer le circuit avec des composants pouvant supporter de hautes intensités, ce qui se traduit par les inconvénients d'un coût élevé et de dimensions importantes.Consequently, it is necessary to choose a thyristor having a large overload current and to constitute the circuit with components which can withstand high currents, which results in the disadvantages of a high cost and of large dimensions.

Par conséquent, un objet de la présente invention est un circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif dont l'élément principal de commande et les composants de circuit peuvent être protégés contre une surintensité en entrainant un faible coùt et sans avoir à augmenter les dimensions,
Selon la présente invention, on prévoit un cir- cuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif du type à contrôle de phase pour stabiliser la tension alternative de sortie et éviter une surintensité dans une charge, comportant : une paire de bornes d'entrée pour le raccordement à une source de courant alternatif; une paire de bornes de sortie reliées à une charge; un transistor relié à la charge pour commander un angle de phase de la tension alternative de sortie en réponse à un premier signal de commande et éviter cette surintensité en réponse à un second signal de commande; un moyen de détection d'une différence de tension branché à la paire de bornes de sortie pour détecter la tension alternative de sortie par rapport à une tension de référence de manière à fournir un premier signal correspondant à la différence de tension entre la tension alternative de sortie et la tension de référence; un moyen de détection de surintensité relié à la charge pour détecter la surintensité et fournir un second signal; un générateur de signaux'de commande pour produire le premier signal de commande qui commence à 1' an- gle de phase de la tension alternative de sortie correspondant au premier signal et se termine à l'issue d'un de mi-cycle de la sortie de la source de courant alternatif et pour produire en réponse au second signal un second signal de camende qui termine le premier signal de commande afin de couper le transistor.Consequently, an object of the present invention is a stabilized alternating current supply circuit, the main control element and the circuit components of which can be protected against overcurrent by causing a low cost and without having to increase the dimensions,
According to the present invention, a stabilized AC power supply circuit of the phase control type is provided to stabilize the output AC voltage and avoid overcurrent in a load, comprising: a pair of input terminals for the connection to an alternating current source; a pair of output terminals connected to a load; a transistor connected to the load for controlling a phase angle of the alternating output voltage in response to a first control signal and avoiding this overcurrent in response to a second control signal; a voltage difference detection means connected to the pair of output terminals for detecting the alternating output voltage with respect to a reference voltage so as to provide a first signal corresponding to the voltage difference between the alternating voltage of output and reference voltage; overcurrent detection means connected to the load for detecting the overcurrent and providing a second signal; a control signal generator for producing the first control signal which begins at the phase angle of the alternating output voltage corresponding to the first signal and ends at the end of a mid-cycle of the output of the alternating current source and to produce in response to the second signal a second signal of camende which terminates the first control signal in order to cut the transistor.

La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels
La figure 1 est un schéma typique sous forme de blocs d'un circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif selon la présente invention;
La figure 2 es-t un schéma spécifique de circuit d'un générateur de signaux de commande représenté en figure 1; et
Les figures 3A à 31 sont des diagrammes de formes d'ondes dans diverses parties du circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif selon la présente invention, qui sont présentés de façon à faciliter la description du fonctionnement,
En liaison avec la figure l,une tension en courant alternatif fournie par une source 1 est appliquée au collecteur et à l'émetteur d'un transistor 5 par l'inter médiaire d'une charge 2, d'un pont de diodes 3 et d'une résistance 4. Un détecteur de tension 6, constitué d'un pont de diodes pour opérer un redressement biphasé et d'un condensateur pour l'écrêtage de sa sortie (non représentés) détecte la sortie de la charge 2.La sortie du détecteur de tension 6 est comparée à une tension de référence Er par un amplificateur différentiel 7, et le signal de différence positif ou négatif résultant est amplifié et, à titre de signal d'erreur, appliqué à une borne d'entrée 10 d'un générateur de signaux de commande 8.The present invention will be understood from the following description given in conjunction with the accompanying drawings in which
Figure 1 is a typical block diagram of a stabilized AC power supply circuit according to the present invention;
Figure 2 is a specific circuit diagram of a control signal generator shown in Figure 1; and
FIGS. 3A to 31 are diagrams of waveforms in various parts of the stabilized AC supply circuit according to the present invention, which are presented so as to facilitate the description of the operation,
In connection with FIG. 1, an alternating current voltage supplied by a source 1 is applied to the collector and to the emitter of a transistor 5 via a load 2, a diode bridge 3 and a resistor 4. A voltage detector 6, consisting of a diode bridge to operate a two-phase rectification and a capacitor for clipping its output (not shown) detects the output of the load 2.The output of the voltage detector 6 is compared to a reference voltage Er by a differential amplifier 7, and the resulting positive or negative difference signal is amplified and, as an error signal, applied to an input terminal 10 of a control signal generator 8.

Le générateur de signaux de commande 8 est un circuit permettant de produire une onde ou impulsion de sortie rectangulaire, L'impulsion, lorsque le signal d'erreur est nul, commence å l'angle de phase de référence et se termine à l'issue d'un demi-cycle du courant alternatif; lorsque le signal d'erreur est positif, c'est-à-dire lorsque la tension de sortie est supérieure à son niveau de ré férence, est retardée quant à son départ et raccourcie en longueur d'onde; ou lorsque le signal d'erreur est négatif, est étendue en longueur d'onde. Cette impulsion, servant de premier signal de commande, commande la base 15 du transistor 5 de manière à le rendre conducteur et non conducteur, et par conséquent provoque une stabilisa tion de puissance par commande de l'angle de phase. The control signal generator 8 is a circuit for producing a rectangular output wave or pulse. The pulse, when the error signal is zero, begins at the reference phase angle and ends at the end. half a cycle of alternating current; when the error signal is positive, that is to say when the output voltage is greater than its reference level, is delayed as to its departure and shortened in wavelength; or when the error signal is negative, is extended in wavelength. This pulse, serving as the first control signal, controls the base 15 of the transistor 5 so as to make it conductive and non-conductive, and consequently causes a stabilization of power by controlling the phase angle.

Le générateur de signaux de commande 8 implique également un circuit qui, lorsqu'une surintensité se produit dans le transistor 5, est tel que la tension présente aux bornes de la résistance 4 pour permettre la détection de la surintensité est fournie à des bornes d'entrée 11 et 12 et si cette tension dépasse un niveau préétabli, commande immédiatement l'onde de sortie rectangulaire de maniere à réduire la tension à zéro, Ce signal zéro est un second signal de commande, avec lequel la base du transistor 5 est amenée à rendre le transistor 5 non conducteur et par conséquent à couper la surintensité.Les bornes d'entrée 13 et 14 du générateur 8 sont alimentées avec une tension en courant alternatif provenant de la source 1. The control signal generator 8 also involves a circuit which, when an overcurrent occurs in the transistor 5, is such that the voltage present at the terminals of the resistor 4 to allow the detection of the overcurrent is supplied to the terminals. input 11 and 12 and if this voltage exceeds a preset level, immediately controls the rectangular output wave so as to reduce the voltage to zero, This zero signal is a second control signal, with which the base of transistor 5 is brought to make transistor 5 non-conductive and therefore cut off the overcurrent. The input terminals 13 and 14 of generator 8 are supplied with an alternating current voltage from source 1.

Une structure spécifique du circuit du générateur 8 de signaux de commande est représentée en figure 2. Le générateur 8 comporte un circuit détecteur qui permet de.détecter le point de passage par zéro d'une forme d'onde en courant alternatif go (figure 3A) appliquée aux bornes d'entrée 13 et 14. Ce circuit détecteur est constitué de ponts à diodes D1 à D4, d'une diode D5, de transistor Q4 et Q5, de résistances R6 à R9 et d'une diode
Zener ZD. Les ponts D1 à D4 procèdent R un redressement biphasé de la forme d'onde 'V*o de manière à produire une forme d'onde Xrl représentée en figure 3B. Pour qu'une impulsion de détection (figure 3C) soit produite comme sortie du transistor Q4 à un point de variation de cette forme d'onde Xrl, les cndittons de polarisation sont établies par les résistances R6 à R9 et la diode Zener ZD,
Cette impulsion de détection donne un point de référence de synchronisation aux premier et second signaux de com mande.A specific structure of the circuit of the generator 8 of control signals is shown in FIG. 2. The generator 8 includes a detector circuit which makes it possible to detect the point of zero crossing of an AC waveform go (FIG. 3A ) applied to input terminals 13 and 14. This detector circuit consists of diode bridges D1 to D4, a diode D5, a transistor Q4 and Q5, resistors R6 to R9 and a diode
Zener ZD. The bridges D1 to D4 carry out a two-phase rectification of the waveform 'V * o so as to produce a waveform Xrl shown in FIG. 3B. So that a detection pulse (FIG. 3C) is produced as output of the transistor Q4 at a point of variation of this waveform Xrl, the polarization cndittons are established by the resistors R6 to R9 and the Zener diode ZD,
This detection pulse gives a synchronization reference point to the first and second control signals.

Par ailleurs, une tension en courant continu provenant de l'amplificateur différentiel 7 est appliquée à la base (borne d'entrée 10) d'un transistor Q1, dont l'émetteur produit une forme d'onde Mr2 (figure 3D) sous la commande des transistors Q2 et Q3, et d'un transistor unijonction T.Ainsi, avec les résistances R2 et R3 provoquant la conduction d'un transistor Q3 lors de la production de l'impulsion de détection de la figure 3C et la charge électrique d'un condensateur C déchargée dans la résistance RlO,la tension X < 2 aux bornes du condensateur C est transformée en tension de base Vp déterminée par la tension en courant continu fournie à la base du transistor
Q1, dont le collecteur est relié à la résistance R1. Ensuite, à l'issue de l'impulsion de détection (figure 3C), le transistor Q3 est rendu non conducteur et la tension +V de la source encourant continu fournit une tension de rampe
VR à la tension de base Vp par l'intermédiaire de la résistance R4 et du transistor Q2, Lorsque cette tension de rampe VRI qui est appliquée à l'anode du transistor unijonction T, dépasse une tension de porte VG déterminée par la diode Zener ZD et la résistance R6, le transistor T est rendu conducteur,et à sa cathode est produite une onde rectangulaire (figure 3E), qui provoque la conduction du transistor 5 de la figure 1 et la fourniture d'une forme d'ondé (figure 3F) à la charge 2 de la figure 1.Furthermore, a direct current voltage from the differential amplifier 7 is applied to the base (input terminal 10) of a transistor Q1, the emitter of which produces a waveform Mr2 (FIG. 3D) under the control of the transistors Q2 and Q3, and of a unijunction transistor T. Thus, with the resistors R2 and R3 causing the conduction of a transistor Q3 during the production of the detection pulse of FIG. 3C and the electric charge d 'a capacitor C discharged in the resistor R10, the voltage X <2 across the capacitor C is transformed into base voltage Vp determined by the DC voltage supplied to the base of the transistor
Q1, whose collector is connected to resistor R1. Then, at the end of the detection pulse (FIG. 3C), the transistor Q3 is made non-conductive and the voltage + V of the direct current source provides a ramp voltage
VR at the base voltage Vp via the resistor R4 and the transistor Q2, When this ramp voltage VRI which is applied to the anode of the unijunction transistor T, exceeds a gate voltage VG determined by the Zener diode ZD and the resistor R6, the transistor T is made conductive, and at its cathode is produced a rectangular wave (figure 3E), which causes the conduction of the transistor 5 of figure 1 and the supply of a waveform (figure 3F ) at charge 2 of Figure 1.

Si, à ce moment là, une surintensité circule dans la charge 2, une tension détectée par la résistance 4 est fournie aux bornes d'entrée 11 et 12 pour rendre le transistor Q6 conducteur par l'intermédiaire d'un potentiomètre RO,laisse le condensateur C se décharger, rend le transistor unijonction T non conducteur sans attendre l'impulsion de détection de la figure 3C, et fournit une forme d'onde 3 (figure 3H), en réponse à laquelle la forme d'onde de la charge 2 (figure 1) devient celle représentée en figure 31,
Comme décrit précédemment, le circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif selon la présente invention fournit normalement une tension stable et peut immédiatement couper la surintensité lorsque celle-ci dépasse un niveau prescrit.Par conséquent, contrairement à tout circuit classique de cette nature utilisant un thyristor, il permet le croix d'un transistor comme élément principal de commande et des autres composants du circuit sans qu'il soit nécessaire de tenir compte d'un courant aussi élevé comme cela était précédemment le cas.If, at this time, an overcurrent is flowing in the load 2, a voltage detected by the resistor 4 is supplied to the input terminals 11 and 12 to make the transistor Q6 conductive via a potentiometer RO, leave the capacitor C discharges, makes the unijunction transistor T nonconductive without waiting for the detection pulse of figure 3C, and provides a waveform 3 (figure 3H), in response to which the waveform of charge 2 (Figure 1) becomes that shown in Figure 31,
As described above, the stabilized AC power supply circuit according to the present invention normally provides a stable voltage and can immediately cut off the overcurrent when it exceeds a prescribed level. Therefore, unlike any conventional circuit of this nature using a thyristor, it allows the cross of a transistor like principal element of control and the other components of the circuit without it being necessary to take account of a current as high as it was previously the case.

Bien que dans la description précédente le gene- rateur de signaux de commande 8 soit composé de manière que deux signaux de commande différents soient produits par un même circuit, on peut prévoir, à la place d'un circuit produisant un premier signal de commande, un autre circuit émettant un signal de surîntensité lorsque le courant a dépassé un niveau prescrit et que la sortie de la résistance 4 de détection de surintensité a également dépassé son niveau prédéterminé, et un circuit de commutation (circuit à porte) pour couper le premier signal de commande en réponse à ce signal de surintensité et émettre un second signal de commande, Alors que ce mode de réalisation concerne une application de l'invention à une alimentation monophasée, il peut évidemment être effectivement appliqué à un circuit triphasé. Although in the preceding description the generator of control signals 8 is composed so that two different control signals are produced by the same circuit, provision may be made, instead of a circuit producing a first control signal, another circuit emitting an overcurrent signal when the current has exceeded a prescribed level and the output of the overcurrent detection resistor 4 has also exceeded its predetermined level, and a switching circuit (gate circuit) to cut the first signal control in response to this overcurrent signal and issue a second control signal, While this embodiment relates to an application of the invention to a single-phase supply, it can obviously be effectively applied to a three-phase circuit.

Comme cela a été expliqué précédemment, le circuit stabilisé d'alimentation en courant alternatif du type à commande de phase selon la présente invention peut protéger rapidement son élément principal de commande et ses autres composants de circuit en cas de surintensité, et peut être réalisé avec des dimensions plus petites et un coût plus faible,
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art, As explained above, the stabilized AC power supply circuit of the phase control type according to the present invention can quickly protect its main control element and its other circuit components in the event of an overcurrent, and can be implemented with smaller dimensions and lower cost,
The present invention is not limited to the exemplary embodiments which have just been described, it is on the contrary liable to modifications and variants which will appear to those skilled in the art,

Claims

1 - Stabilized alternating current supply circuit of the phase control type to stabilize an output voltage by alternating dye and avoid overcurrent in a load (2), characterized in that it comprises: a pair of terminals input for connection to an alternating current source (1); a pair of output terminals connected to the load (5); a transistor (15) connected to the load for controlling a phase angle of the AC output voltage in response to a first control signal and preventing overcurrent in response to a second control signal; voltage difference detecting means (6) connected to the pair of output terminals for detecting the AC output voltage relative to a reference voltage to provide a first signal corresponding to the voltage difference between the voltage AC output and reference voltage; an overcurrent detecting means (7) connected to the load for detecting the overcurrent and providing a second signal, and a control signal generator (8) for producing the first control signal which begins at the phase angle of the alternating current output voltage corresponding to the first signal and terminating at the end of a half cycle of the output of the alternating current source and for producing in response to a second signal a second control signal which terminates the first control signal to cut off the transistor.