NL1022226C2 - Inrichting en werkwijze voor het omzetten van een wisselspanning. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het omzetten van een

Wisselspanning

Voor het opladen van laptops, computers, mobiele 5 telefoons en dergelijke bestaat een snel toenemende vraag naar compacte en weinig kostbare inrichtingen voor het omzetten van een spanning van het lichtnet naar een gewenste gelijkspanning van vooraf bepaalde waarde, bijv. 12, 24 of 36 Volt, al dan niet met afgevlakte golfvorm aan de 10 gelijkspanningszijde.

Het Amerikaanse octrooischrift US-A-3 ,-660,-724 beschrijft een verbeterd beschermingscircuit waarin een silicium bestuurde gelijkrichter in serie wordt geschakeld met een vermogenstoevoer in de aanwezigheid van extensieve 15 spanning teneinde de elektronische apparatuur die normaliter wordt bekrachtigd door de vermogenstoevoer te beschermen.

Het Duitse octrooischrift DE-A-3427221 beschrijft een circuit waarin de uitgangsspanning wordt vergeleken met de referentiespanning in een secundair circuit.

20 Het Amerikaanse octrooischrift US-A-4.272,-805 beschrijft een schakelende regelaar waarin een ingangsgelijkspanning wordt afgekapt (choppped) en vervolgens aangelegd teneinde een transformator aan te sturen van waaraf een wisselspanning wordt afgeleid die vervolgens wordt 25 gelijkgericht in een gelijkrichtcircuit.

Bestaande zogeheten omzetters van het lineaire type zijn groot en zwaar en verbruiken een aanzienlijke hoeveelheid vermogen, ook indien geen spanning wordt afgenomen.

30 De onderhavige uitvinding beoogt een of meer van bovengenoemde problemen te ondervangen.

De onderhavige uitvinding verschaft een inrichting voor het omzetten van een uit het elektriciteitsnet 1022226 afkomstige wisselspanning naar een gelijkspanning van vooraf I bepaald niveau (en golfvorm), omvattende: - een op het elektriciteitsnet aan te sluiten I gelijkrichtcircuit; I 5 een op het gelijkrichtcircuit aangesloten H schakelcircuit; - een op het schakelcircuit aangesloten I hoofdtransformator; en I - een op het schakelcircuit aangesloten 10 hulptransformator, waarvan de secundaire winding zodanig is I gekoppeld met de secundaire winding van de hoofdtransformator I dat de stroom door het schakelcircuit en de I hoofdtransformator wordt beperkt tot een vooraf bepaalde I waarde.

15 Dankzij de onderhavige uitvinding kan met een relatief klein aantal onderdelen een inrichting voor een mobiele telefoon e.d. tegen een relatief lage kostprijs worden verkregen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de netspanning I 20 gefilterd dor middel van een relatief klein aantal diodes van I lage kostprijs en een enkele condensator en zelfinductie I element, bij voorkeur in de zogeheten "Butterworth" H configuratie.

Bij voorkeur wordt de schakelinrichting bedreven op 25 een frequentie van 64 kHz of hoger opdat mens en dier daar weinig last van ondervinden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een zogeheten Common-Base vermogenstransistor, die in verdere voorkeursuitvoeringsvormen is beschermd tegen een te 30 hoge stroom en te hoge temperatuur.

Bij voorkeur wordt deze bescherming bereikt door middel van een diode aan de secundaire zijde van de hulptransformator, alhoewel een (Zener-) diode van relatief 3 lage kostprijs aan de primaire wikkeling van de hulptransformator evenzeer denkbaar is teneinde de temperatuur van de vermogenstransistor op ca 80°C a 85°C the houden, in ieder geval duidelijk onder de 100°C. De beperking 5 van de temperatuursstijging van deze vermogenstransistor is mede afhankelijk van de steilheid van de karakteristiek van de (Zener-) diode aan de primaire of secundaire zijde van de transformator, of van de knik in de karakteristiek daarvan, ten behoeve van het beperken van stroomwaarde.

10 Bij voorkeur is de transistor een bipolaire transistor waarvan de kostprijs een factor van ca 2,5 lager is dan een gebruikelijke vermogenstransistor van het MOSFET-type.

De onderhavige uitvinding benodigd relatief weinig 15 onderdelen van standaard makelij, zodat de kostprijs laag kan blijven.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrijving van een 20 voorkeursuitvoeringsvorm daarvan, met verwijzing naar.de bijgevoegde figuur, waarin een schakelschema daarvan is getoond.

Een inrichting 10 is enerzijds voorzien van aansluitklemmen 11, 12 voor aansluiting op het lichtnet, en 25 anderzijds voorzien van aansluitingen 13 en 14 waarop een accumulator van een mobiele telefoon, laptop en dergelijke kan worden aangesloten. De inrichting 10 is voorzien van een zekering 15 alsmede een viertal diodes 16, 17, 18, 19 voor het gelijkrichten van een wisselspanning van bijvoorbeeld 120 30 Volt naar een zogeheten rail- of busspanning van circa 170 Volt. Voorts omvat het circuit 10 twee condensatoren 21 en 22 en een daartussen aangesloten zelfinductie-element 23, in zogeheten "Butterworth" configuratie, teneinde de U) 22'2/6 I gelijkgerichte spanning te filteren. Op de leiding 25 is H voorts de primaire wikkeling van een transformator 26 I aangesloten, die anderzijds is aangesloten op een I vermogenstransistor 27 die in de zogeheten Common Base 5 configuratie is aangesloten en waarvan de emitter is aangesloten op de primaire wikkeling van een hulptransformator 28, die anderzijds via weerstand 29 en een temperatuurgevoelige NTC-weerstand 30 op de basis van de transistor 27 is aangesloten. Tussen de basis van de I 10 vermogenstransistor 27 en de leiding 25 is voorts een diode I 31 en een zelfinductie-element 32 aangesloten. Op de basis I van de vermogenstransistor 27 is voorts een DIAC 33 met I thyristorwerking aangesloten, die op zijn beurt via een I weerstand 34 op de leiding 25 is aangesloten. Het knooppunt I 15 35 tussen de DIAC 33 en de weerstand 34 is voorts via een I condensator 36 van relatief kleine capaciteit aangesloten op I de emitter met vermogenstransistor 27 en voorts via een diode 37 op de collector daarvan. De secundaire wikkeling van de I hulptransistor 28 is aangesloten op de secundaire wikkeling I 20 van de hoofdtransistor 26 via een diode 38. In serie met de I diode 38 is op de secundaire wikkeling van de transistor 26 een tweede diode 39 aangesloten, terwijl in de getoonde I voorkeursuitvoeringsvorm een tweetal condensatoren 40, 41 zijn aangesloten. Via een condensator 42 is de aansluitklem I 25 14 verbonden met de basis van de vermogenstransistor 27.

I Na het aansluiten van de aansluitklemmen 11 en 12, I bijvoorbeeld tot een wisselspanning van 120 Volt, kunnen de condensatoren 21 en 22 worden opgeladen tot een spanning van I bijvoorbeeld 170 Volt. Via weerstand 34 zal condensator 36 I 30 worden opgeladen totdat DIAC 33 in werking zal treden, I bijvoorbeeld bij een spanning van 45 Volt. Condensator C3 zal nu ontladen worden naar de emitter van transistor 27, I waardoor een spanning zal verschijnen aan de primaire winding I ie: 5 van hoofdtransformator 26. De uitgangscondensatoren 40 en 41 zullen onmiddellijk worden opgeladen, terwijl de stroom waarmee die condensatoren worden opgeladen, kan worden teruggekoppeld naar de emitter van de transistor 27, waardoor 5 deze in geleidende toestand blijft.

Transistor 27 blijft geleiden zolang de emitterstroom groter is dan de basisstroom. Zodra hoofdtransformator 26 of hulptransformator 28 verzadigd raakt of er stroom gaat lopen door diode 38, zal de transistor worden uitgeschakeld.

10 Bij lage belasting zal de transistor worden uitgeschakeld door verzadiging van de hoofdtransformator 26. Bij hogere belasting zal de spanning aan de primaire winding van hulptransformator 28 toenemen, waarbij de transistor 27 dient te worden uitgeschakeld bij verzadiging van 15 hulptransformator 28. Voorts zal vermogenstransistor 27 afschakelen indien de diode 38 gaat geleiden, hetgeen betekent dat er een stroom loopt door weerstanden 29 en 30. Vermogenstransistor 27 zal worden afgeschakeld bij voldoende afneming van de rondgaande versterking. Bij het opwarmen van 20 transistor 27 zal de weerstandwaarde van weerstand 30 toenemen, waardoor uiteindelijk vermogenstransistor 27 zal worden uitgeschakeld.

Het herstarten van transistor 27 (Q2) vindt automatisch plaats met behulp van zelfinductie 32.

25 Zodra een relatief kleine stroom in een secundaire winding van hoofdtransformator 26 gaat lopen, zal een corresponderende kleine stroom in de emitter van vermogenstransistor 27 deze in korte tijd weer aanschakelen.

De hierboven beschreven voorkeursuitvoeringsvorm van 30 een inrichting volgens de onderhavige uitvinding met een uitgangsvermogen van 15-20 Watt kan worden aangebracht in het huis van een standaard M5-type. Het gewicht kan minder dan 100 gram bedragen, terwijl de inrichting minder dan 0,1 Watt 1022226 I vermogen zal consumeren indien geen belasting op klemmen 13, 14 wordt aangesloten, terwijl de uitgangsspanning gehandhaafd I blijft.

De hierboven beschreven voorkeursuitvoeringsvorm van I 5 de inrichting volgens de onderhavige uitvinding bereikt met I een relatief klein aantal componenten, dat wil zeggen de I hulptransformator 28, de diode 38 en de temperatuurgevoelige I weerstand 30, zowel beveiliging van de omzetter tegen een te I groot uitgangsvermogen alsmede de regeling van het vermogen 10 daarvan. In veel gevallen zal de temperatuurgevoelige weerstand 30 achterwege kunnen blijven, bijvoorbeeld afhankelijk van de beveiligingen die op de aansluitklemmen 13 en 14 reeds voor handen zijn.

De onderhavige uitvinding is echter niet beperkt tot 15 de boven beschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusie binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

I 1022226

Claims (12)

1. Inrichting voor het omzetten van een uit het elektriciteitsnet afkomstige wisselspanning naar een 5 gelijkspanning van vooraf bepaald niveau (en golfvorm), omvattende: - een op het elektriciteitsnet aan te sluiten gelijkrichtcircuit; - een op het gelijkrichtcircuit aangesloten 10 schakelcircuit ,* - een op het schakelcircuit aangesloten hoofdtransformator; en - een op het schakelcircuit aangesloten hulptransformator, waarvan de secundaire winding zodanig is 15 gekoppeld met de secundaire winding van de hoofdtransformator dat de stroom door het schakelcircuit en de hoofdtransformator wordt beperkt tot een vooraf bepaalde waarde.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij tussen het 20 gelijkrichtcircuit en het schakelcircuit een filtercircuit is aangesloten.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij het filtercircuit een aantal diodes omvat.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, waarbij het 25 filtercircuit ten minste één condensator en één zelfinductie omvat.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het schakelcircuit een vermogenstransistor in common-base configuratie omvat.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het schakelcircuit een DIAC omvat. 1022226 Η

7. Inrichting volgens een van de conclusies 5 of 6, H waarbij de hulptransformator is aangesloten op de collector H of emitter van de vermogenstransistor.

8. Inrichting volgens een van de voorgaande H 5 conclusies, waarbij een diode tussen de aansluitklemmen van de secundaire wikkelingen van de hulptransistor is H aangesloten.

9. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij tussen de basis en de collector of 10 emitter van de vermogenstransistor een weerstand is aangesloten.

10. Inrichting volgens een van de conclusies 5-9 waarbij tussen de basis van de vermogenstransistor enerzijds en de collector of emitter anderzijds een weerstand met 15 temperatuur-afhankelijke waarde is aangesloten.

11. Werkwijze voor het bedrijven van een inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies.

12. Inrichting volgens een van de conclusies 5-10, waarbij de vermogenstransistor een bipolaire transistor is. I 1022226