NL194221C

NL194221C - Vermogenstoevoerstelsel met hoge vermogensfactor.

Info

Publication number: NL194221C
Application number: NL9400580A
Authority: NL
Inventors: Youngsik Lee; Kyungha Jee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 2001-09-04
Also published as: US5625538A; DE4412544A1; KR960010828B1; NL9400580A; JPH06327247A; NL194221B

Description

1 194221

VermogenstoevoerttalMl met hoge vermogensfactor

De uitvinding heeft betrekking op een vermogenstoevoerstelsel met hoge vermogenefactor, omvattende een dubbeifasig geiijkrichtorgaan voor het geiijkrichten van een wisselstroomsignaal; een spannlngsdeierorgaan 5 voor het opnemen van het gelijkgerichte signaal en het delen daarvan; een schakelorgaan dat wordt gestuurd door een schakel stuursignaal; een stuurorgaan voor het toevoeren van het schakelstuursignaal aan het schakelorgaan en voorzien van een vergelijkingsorgaan waaraan het gedeelde signaal wordt toegevoerd dat afkomstig is van het spannlngsdeierorgaan; een resonantieketendeel dat bestaat uit een resonantieketen-jnductor en een resonantieketencondensator en dat verbonden is met het schakelorgaan 10 voor het opwekken van een resonantiesignaal; en een uitgangsketen voor het opnemen van het resonantie-signaal, het geiijkrichten van dit signaal en vervolgens het gelijkgerichte signaal overdragen aan een belasting.

Een dergelijk vermogenstoevoerstelsel is bekend uit het artikel "High Frequency Resonant AG/DC Rectifier With Unity Power Factor" door H.C. Choi et at in Electronics Letter, Vol. 28, nr. 17, biz. 1592-1594. 15 Dit artikel heeft betrekking op een hoogfrequent-gelijkrichter met vermogensfactor één en in het bijzonder op een "quantum boost series resonance rectifier” (QBSR).

Hoewel de beschreven gelijkrichter de nadelen van een conventionele aMakcondensator niet heeft, waardoor een verbeterde vermogensfactor wordt bereikt, kent het stelsel een zgn. "dode stroomhoek” en "dode tijd” die nader is toegelicht met verwijzing naar figuur 2b. De uitvinding heeft tot doel de schakei-20 karakteristiek van een resonantie-omzetter te verbeteren en zo een vermogenstoevoerstelsel te verschaffen dat een stabiele verbeterde ingangsvermogensfactor heeft bij een grote fluctuatie in belasting.

Dit doel wordt bij een vermogenstoevoerstelsel volgens de in de aanhef omschreven soort hierdoor bereikt, dat is voorzien in een inductor die verbonden is met het geiijkrichtorgaan; dat het schakelorgaan dient voor het sturen van de stroom die in de inductor vloeit; dat het stuurorgaan is voorzien van een 25 zaagtandgoifsignaalgenerator die een zaagtandgoifeignaal voortbrengt; dat het vergelijkingsorgaan dient voor het vergelijken van het gedeelde signaal afkomstig van het spanningsdeierorgaan met het zaagtandgolfsignaal om een reeks schakeipulsen te verkrijgen, en dat het stuurorgaan voorts is voorzien van een frequentiedeler voor het opwekken van het schakelstuursignaal met een nulgebied om het schakelorgaan gedurende elk van de schakeipulsen uit te schakelen.

30

Nadere aspecten, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen worden verklaard door de hiernavolgende beschrijving van voorkeursuitvoeringsvórmen onder verwijzing naar de tekening, waarin;

figuur 1A een conventionele gelijkrichtketen is van het condensor-ingangstype; V

figuur 1B een grafiek is die de golfvormen toont van de ingangsspanning en de ingangsstroom van de in 35 figuur 1A weergegeven keten; figuur 2A een ketendiagram is van een conventionele omzetketen van het ,,boosting,,-type; figuur 2B een grafiek is die de golfvormen toont van een ingangsspanning en stroom van de in figuur 2A weergegeven keten; figuur 3 een ketendiagram is van een vermogenstoevoersysteem volgens de onderhavige uitvinding; 40 figuren 4A t/m 4D grafieken zijn die de golfvormen tonen van bepaalde onderdelen van de in figuur 3 weergegeven keten; figuur 5 een poortketendiagram is van het frequentiedelergedeefte van de in figuur 3 weergegeven keten; figuren 6A t/m 6G grafieken zijn die de golfvormen tonen van verschillende signalen van de in figuur 5 weergegeven keten; 45 figuur 7 een poortaandrijfketendiagram is van het frequentiedelergedeelte van figuur 3; de figuren 8A t/m 8H grafieken zijn die de golfvormen tonen van verschillende signalen in de keten van figuur 7; de figuren 9A t/m 9G grafieken zijn die de golfvormen tonen van verschillende signalen in de keten van figuur 3; 50 de figuren 10A t/m 10C ketendiagrammen zijn die de werking van de in figuur 3 weergegeven keten illustreren; figuur 11 een grafiek is die de karakteristieken toont van een resonant ketengedeelte van de in figuur 3 weergegeven keten.

55 In figuur 1A is een voorbeeld getoond van een wisselstroom naar gelijkstroomomzetter (AG/DC-omzetter) zoals deze conventioneel wordt gebruikt voor het toevoeren van een wisseistroomvermogen van een vooraf bepaald niveau aan een belasting. Het wisseistroomvermogen Ve wordt toegevoerd aan de belasting RL

194221 2 nadat het wisselstroomvermogen is gelijkgericht door een tweefasige gelijkrichtketen, een met de tweefasige gelijkrichtketen verbonden afvlakcondensator C, en een gelijkstroom naar gelijkstroomomzetter (DC/DC-omzetter), teneinde een geiijkstroomvermogen toe te voeren aan de belasting RL. In figuur 1B is weergegeven, dat de faserelatie van ingangsstroom i en spanning Vs verschillen vertoont door de in figuur 1A 5 getoonde ketenverbinding. Een dergelijk verschil is het resultaat van de invloed van de condensator C, die de vermogensfactor verslechterd. De vermogensfactor kan worden uitgedrukt door de volgende vergelijking: cos Φ = (1) 10 waarin W het opgenomen vermogen is, en V and A de virtuele waarden zijn van spanning en stroom van de wisselstroom aan de ingangszijde. Spanning en stroom dienen qua fasehoek φ aan elkaar gelijk te zijn.

De figuren 2A en 2B tonen een bekende keten voor een vermogenstoevoersysteem met een verbeterde vermogensfactor. Duidelijk blijkt uit figuur 2B, dat de vermogensfactor aanzienlijk is verbeterd.

Deze keten met verbeterde vermogensfactor is vergelijkbaar met de in figuur 1A weergegeven keten, 15 maar is voorzien van een schakelorgaan Q dat aan of af wordt geschakeld op een geschikt tijdstip, zodat een stroomsignaai van een spoel L die een gelijkgerichte golfvorm overdraagt, op juiste wijze wordt overgedragen.

Voor het aan- of afschakelen van het schakelorgaan Q is een besturingsketen aanwezig omvattende een comparator WC, die een het ingangsvenmogen Vs representerend signaal vergelijkt met een signaal dat 20 representatief is voor een signaal dat in een tweede spoel optreedt doordat het ingangsvermogen Vs passeert door een omzetter T1. Een uitgangssignaal van de comparator WC wordt versterkt door een stroomversterker IE om een schakelbesturingssignaal op te wekken.

De onder verwijzing naar de figuren 1A en 1B beschreven keten is een gelijkrichtketen van het condensatoringangtype, en de onder verwijzing naar de figuren 2A en 2B beschreven kéten is een omzetter 25 van het ”boosting”-type.

Thans za| de keten van figuur 2a meer gedetailleerd worden beschreven. Volgens één aspect van de werking néémt de stroom toe tot een vooraf bepaald stroommaximum in een blok waarin een blokkeerdiode D wordt afgeschakeld, en. volgens een andér aspect van de werking daalt de stroom tot een stroom-minimum in een blok waarin het schakelorgaan Q wordt afgeschakeld en de blokkeerdiode D wordt 30 aangeschakeld. De ingangsstroom I is beperkt tot een vooraf bepaalde breedte, en de virtuele waarde van de stroom wordt bestuurd om de vermogensfactor te verbeteren.

In principe maakt de onder verwijzing naar de figuren 2A en 2B besproken techniek gebruik van het principe van een omzetter van het "boosting”-type. Aangezien dit systeem gecompliceerd is en de getransformeerde stroom groot is, is het gewicht daarvan groot, en de betrouwbaarheid is verminderd 35 vanwege slechte schakel karakteristieken. Voorts blijkt duidelijk uit figuur 2B, dat deze conventionele keten het nadeel heeft van een dode hoek en een dode tijd met betrekking tot de stroom.

In figuur 3 is een gedetailleerd ketendiagram getoond van een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. De keten volgens de onderhavige uitvinding is weergegeven als zijnde geschakeld tussen een wisselspanningsvermogensbron 1 en een belasting Rg die een gelijkspanningsvermogen vereist. 40 Daarbij is in figuur 3 het systeem weergegeven als zijnde opgebouwd in blokeenheden. In de blokken zijn gedetailleerde ketens getoond die de functie van de respectieve blokken vervullen, maar deze ketens zijn slechts bedoeld als de voorkeur genietende voorbeelden, en verschillende modificaties in het verschaffen van de functies van de blokken zijn mogelijk.

Zoals getoond in figuur 3 wordt het wisse 1stroomingangsvermogen 1 tweefasig gelijkgericht door een 45 tweefasegeiijkrichtgedeelte 3 dat in de weergegeven uitvoeringsvorm is gevormd door diodes Da tot Dd, via een zekering 2 voor het blokkeren van de overdracht van overspanning. Het door het gelijkrichtgedeelte 3 gelijkgerichte spanningssignaal wordt gedetecteerd door een detectegedeelte 4 dat parallel Is verbonden aan een condensator C1, en wordt verwerkt door een besturingsorgaan 5 volgens de onderhavige uitvinding.

50 Wanneer het wisselstroomingangsvermogen Vin tweefasig wordt gelijkgericht door de diodes Da t/m Dd van het gelijkrichtgedeelte 3, wordt door de condensator C1 een geringe offsetspanning geproduceerd. De spanningsval over de condensator C1 wordt gedeeld door de weerstanden Rm1 en die het detecOe-gedeelte 4 vormen, en het gedeelde signaal wordt als referentiespanning aangelegd aan een positieve ingangsaansluiting (+) van een eerste comparator 51. Wanneer het wisselstroomingangsvermogen Vln 55 vermogen is met een frequentie van 60 Hz, mag de referentiespanning niet gelijk worden aan nul bij de met een frequentie van 120 Hz optredende minima.

Wanneer de condensator C1 niet aanwezig zou zijn, zou met een frequentie 120 Hz geen uitgangs- 3 194221 signaal worden geproduceerd door de eerste comparator 51, hetgeen zou kunnen veroorzaken dat het hele systeem onstabiel zou werken. Dit is de reden dat de condensator C1 aanwezig moet zijn.

Het besturingsorgaan 5 verschaft uitgangssignalen waarvan de golfvormen getoond zijn in de figuren 6F en 6G, aan de schakeibesturingsketen 551 in figuur 7 teneinde de golfvormen aan te bieden aan een 5 hoogfrequent schakeigedeelte 6.

Tussen het detect)egedeette 4 en het schakeigedeelte 6 is een spoel L1 verbonden. In deze spoel vloeiende stroom vloeit, zoals getoond in figuur 4A, in overeenstemming met de schakelconditie van het hoogfrequent schakeigedeelte 6. Als de schakelinrichtingen S1, S2 van het schakeigedeelte 6 een schakelactie uitvoeren in overeenstemming met een signaal van de besturingsinrichting 5, is de golfvorm 10 van de in de inductor L1 vloeiende stroom zoals getoond in figuur 4A.

Als het schakelorgaan S1 of S2 is ingeschakeld, stijgt de in de inductor L1 vloeiende stroom lineair, en begint dan af te nemen in een blok waar de schakelorganen S1, S2 alle zijn uitgeschakeld.

De besturingsinrichting 5 is werkzaam om de schakelorganen aan te schakelen voordat de stroom van de inductor L1 nul wordt, en de stroom in de inductor L1 neemt weer toe. De door deze schakeltechniek 15 resulterende golfvorm van de in de inductor L1 vloeiende stroom is getoond in figuur 4A. Bijgevolg zijn de fase van de ingangsspanning en de fase van de ingangsstroom aan elkaar gelijk, en is de vermogensfactor daarvan gelijk aan 1.

De besturingsinrichting die de bovenbeschreven werking ondersteunt, gebruikt het signaal van het detectiegedeelte 4, en eveneens twee andere gedetecteerde signalen. Een resonantieketengedeelte 7 dat is 20 verbonden met het hoogfrequent schakeigedeelte 6, omvat een resonantiespoel Lr en een resonantie-condensator Cr, die in serie met elkaar zijn verbonden.

De besturingsinrichting 5 genereert een uiteindelijk schakelbesturingssignaal om dit te verschaffen aan het hoogfrequent schakeigedeelte 6 op basis van een signaal dat afkomstig is van het detectiegedeelte 4, een signaal dat via een door weerstanden R18, R20 genoemde spanningsdeler 9 afkomstig is van de 25 resonantie-inductor Lr, en een als variabele aan de besturingsinrichting 5 teruggevoerd signaal dat representatief is voor de spanning over de belasting R<, teneinde rekening te houden met fluctuaties in de belasting R„ en met fluctuaties In de ingangswisselspanning V,n.

Signalen die aan het besturingsorgaan worden toegevoerd vanuit het detectiegedeelte 4. en de spanningsdeler 9 worden respectievelijk aangeboden aan de eerste comparator 51 en de tweede comparator 52, 30 terwijl een signaal dat een gedeelte is van de aan de belasting Rq aangeboden spanning, wordt teruggevoerd en aangeboden aan een fase-omkeerorgaan 53. Het besturingsorgaan 5 Omvat eerste en tweede comparatoren 51, 52 en een ander aan de eerste comparator 51 aangeboden vergelijk)ngssignaal is óen uitgangssignaal van een spanningsgestuurde oscillator 54. Een ander aan de tweede comparator 52 aangeboden vergelijkingssignaal is een vooraf bepaalde referentiespanning V™,. Dó uitgangssignalen van de 35 eerste en tweede comparatoren 51,52 worden aangeboden aan een frequentiedeler 55 die gevormd is van logische poortorganen, en de frequentiedeler 55 genereert een schakelbesturingssignaal, dat wordt doorgegeven aan het hoogfrequent schakeigedeelte 6.

De spanning die de spanningsgestuurde oscillator VCO 54 bestuurt, is een uitgangssignaal van een foutversterker 56 die een foutsignaal tussen een uitgangssignaal van de fase-omkeerinrichting 53 en de 40 referentiespanning ν„, versterkt. De beschrijving hiervan volgt later. De VCO 54 omvat een kelen voor het maken van een zaagtandgolf die de schakelinrichtingen SI, S2 van het hoogfrequent schakeigedeelte 6 aandrijft, alsmede een keten voor het uitvoeren van een zachte start Met "zachte start" wordt in dit verband bedoeld, dat de werking start met een schakelfrequentie die in een aanloopstadium enkele malen groter is dan de schakelfrequentie in de normale toestand. Aangezien te weinig vermogen wordt overgedragen aan 45 de belasting Rq, kan de onstabiele werking van het gehele systeem in het aanloopstadium worden voorkomen als de schakelfrequentie enkele malen groter is dan een natuurlijke resonanft'efrequentie W0. In het bijzonder wanneer een ontlarïngslamp zoals een fluorescentielamp als belasting wordt gebruikt, kan een dergelijke techniek de levensduur van een lamp vertengen. In de VCO 54 is de diode D2 aanwezig tussen de keten voor het verzorgen van een zachte start en de keten voor het maken van de zaagtandgolf.

50 In het hiernavolgende zal de werking van de zachte-startketen worden beschreven. Wanneer het besturingsorgaan begint te werken, wordt via de diode D1 de condensator C6 opgeladen met een constante en stabiele stroom die wordt opgewekt in een constante stroombron die wordt gevormd door de keten rond de transistoren Q1 en 02. Bijgevolg stijgt de spanning over de condensator C6 met een regelmatige helling. De spanningsstijging van de condensator C6 gaat door totdat de aan-toestand van de diode D2 ophoudt 55 Een transistor 09 wordt eerst aangeschakeld door de spanningstoename van de condensator C6, en als de transistor 03 aan wordt geschakeld nadat de drempeispanning (ongeveer 0,7 volt) van de diode D1 zakt, zijn de potentialen aan weerszijden van de diode D2 aan elkaar gelijk zodat de aan-toestand van de diode 194221 4 D2 Stopt.

In de zachte-startketen wordt de capaciteitswaarde van de condensator C6 die de zachte-starttijd bepaalt, uitgedrukt door de volgende vergelijking: α, + 'οΧΤ* 5 e (2) waarbij Vm een referentiespanning is van de interne comparator van LM555, lc de naar C6 vloeiende stroom is, uitgedrukt in μΑ.

Tst de zachte-starttijd is, uitgedrukt in ps.

10 In het hiernavolgende zal de keten die een zaagtandgolf genereert, worden beschreven.

Wanneer in de condensator C2 een constante stroom vloeit, afkomstig uit de door de transistoren Q6 en Q7 gevormde stroombron, stijgt de spanning van de condensator C2 met een regelmatige helling. Als de spanning van de condensator C2 overeenkomt met de referentiespanning van de interne comparator van de LM555 geïntegreerde keten, zal een interne transistor van deze geïntegreerde keten LM555 de condensator 15 C2 in zeer korte tijd ontladen.

Als de condensator C2 ontladen is, zal de stroom die afkomstig is van de door de transistoren Q6 en Q7 gevormde stroombron, de condensator C2 opladen. Als daarentegen de spanning van C2 overeenkomt met de referentiespanning van de interne comparator van de LM555, wordt de condensator C2 snel ontladen, waardoor een zaagtandgolf wordt gegenereerd. Figuur 4B illustreert een golfvorm van de spanning van de 20 condensator C2. De golfvorm van de spanning van de condensator C2 wordt aangeboden aan een negatieve ingangsaansluiting (-) van de eerste comparator 51.

In dit geval wordt de capaciteitswaarde van de condensator C2 die de zaagtandfrequentie bepaalt, gegeven door de volgende vergelijking: 25 <3) waarbij lc de naar de condensator C2 vloeiende stroom is, uitgedrukt in μΑ,

Vm de referentiespanning van de comparator is, uitgedrukt in volt, fs de frequentie van de zaagtandgolf is, uitgedrukt in kHz.

30 Het wisselstroomingangsvermogen Is een wisselstroom van 60 Hz en 110 volt of 220 volt, en spanning en stroom hebben gelijke fasen, zodat de spanningsfactor gelijk is aan 1. Dit signaal wordt tweefasig gelijkgericht door de tweefasige gelijkrichtketen 3, en een door de weerstanden Rm1. Rjna van het detectie-gedeelte 4 gedetecteerd signaal wordt toegevoerd naar de besturingsketen 5. Dit gedetecteerde signaal wordt aangelegd aan een positieve ingangsaansluiting (+) van een operationele versterker van de eerste 35 comparator 51, en wordt vergeleken met een uitgangssignaal van de VCO 54, zoals getoond in figuur 4C.

De eerste comparator 51 geeft, als resultaat van die vergelijking, een uitgangssignaal met een hoog niveau of een laag niveau, zoals getoond in figuur 4D, dat gebruikt kan worden in een logische keten.

Met betrekking tot de spanningsval van de condensator Cl in figuur 3, wordt opgemerkt dat deze spanning een tweefasig gelijkgerichte spanning is en een rimpel heeft van 120 Hz, vooropgesteld dat de 40 frequentie van het wisselstroomingangsvermogen Vln gelijk is aan 60 Hz. Als de schakelorganen S1, S2 van het hoogfrequent schakelgedeelte 6 worden aangedreven met een frequentie van enkele kHz kan de spanningsval van de condensator C1 tijdens elke schakel periode worden beschouwd als zijnde vrijwel een gelijkspanning. De gelijkspanning is in figuur 4C aangeduid met ”E”, en wordt aangeboden aan een positieve ingangsaansluiting (+) van de eerste comparator 51 van de besturingsketen 5 om gebruikt te 45 worden als referentiespanning. De zaagtandgolfvorm van de VCO 54 wordt toegevoerd naar de negatieve ingangsaansluiting (-) van de eerste comparator 51 om vergeleken te worden met de referentiespanning E, en aldus wordt een pulsvorig signaal geproduceerd zoals getoond in figuur 4D.

In het weergegeven voorbeeld omvat de frequentiedeler 55 van de besturingsketen 5 D-type flip-flops DF1, DF2, alsmede een aandrijfketen 551 voor de schakelorganen, zoals getoond in figuur 7.

50 Aan de D-type flip-flops DF1, DF2 wordt als kloksignaal K het in figuur 4D getoonde, pulsvormige uitgangssignaal van de eerste comparator 51 aangeboden. De uitgangssignalen van de flip-flops DF1, DF2 passeren de NEN-poorten NA1, NA2 en vervolgens de in figuur 7 getoonde aandrijfketen 551, en hierdoor genereert de frequentiedeler 55 een besturingssignaal.

De figuren 6A t/m 6G illustreren goifvormen die optreden bij verschillende knooppunten in de keten van 55 figuur 5.

Het in figuur 6A getoonde signaal K is het uitgangssignaal van de eerste comparator 51, en dit K-signaal wordt aangeboden aan een Idokaansluiting CK van de tweede flip-flop DF2. Het signaal dat resulteert nadat 5 194221 het Κ-slgnaal een invertor INV is gepasseerd, wordt aangeboden aan een klokaansluiting CK van de eerste flip-flop DF1. Aan zijn Q-ultgang levert de eerste flip-flop DF1 een signaal A, waarvan de gotfvorm is geïllustreerd in figuur 6B. Aan zijn Q-uitgang levert de tweede flip-flop DF2 een signaal B, waarvan de gotfvorm Is geïllustreerd in figuur 6C. Dit signaal wordt aangeboden aan de D-ingang van de eerste flip-flop 5 DF1. Aan zijn Q-uitgang levert de eerste flip-flop DF1 een signaal C, waarvan de gotfvorm is geïllustreerd in figuur 6D. Dit signaal wordt aangeboden aan de D-ingang van de tweede flip-flop DF2. Aan zijn Q-uitgang levert de tweede flip-flop DF2 een signaal D, waarvan de gotfvorm is geïllustreerd in figuur 6E. De signalen A en B worden aangeboden aan verschillende ingangen van de eerste NEN-poort NA1, die aan zijn uitgang een signaal M levert waarvan de gotfvorm is geïllustreerd in figuur 6F. De signalen C en D worden 10 aangeboden aan verschillende ingangen van de tweede NEN-poort NA2, die aan zijn uitgang een signaal N levert waarvan de gotfvorm is geïllustreerd in figuur 6G. Deze signalen M en N worden toegevoerd naar de aandrijfketen 551 van figuur 7.

In de figuren 8A t/m 8H zijn golfvormen geïllustreerd zoals die optreden bij verschillende knooppunten in de aandrijfketen 551 van figuur 7. De uit de NEN-poorten NA1 en NA2 afkomstige ingangssignalen M en N 15 zijn respectievelijk getoond in de figuren 8B en 8C, terwijl ter vergelijking het K-signaai is getoond in figuur 8A. Een uitgangssignaal van de aandrijfketen 551 wordt afgenomen tussen de knooppunten A en B, en wordt getoond in figuur 8H. Het uitgangssignaal van de aandrijfketen 551 wordt aangeboden aan een poortaansluiting van de schakeiorganen S1, S2 van het hoogfrequent schakelgedeeite 6, welke schakel-organen in het weergegeven voorbeeld bestaan uit een MOSFET (metaaloxide-haifgeleider veldeffect-20 transistor), onder tussenkomst van een transformator Tssv

In de figuren 8D t/m 8G zijn de schakeltoestanden van vier schakeiorganen q1 t/m q4 van de aandrijfketen 551 getoond, en een uitgangssignaal zoals getoond in figuur 8H wordt verkregen.

Een ander ingangssignaal voor de frequentiedeler 55 wordt verschaft door een uitgang van de tweede comparator 52, en is afkomstig van de resonantieketen 7. De hoofdreden waarom de tweede comparator 52 25 aanwezig is, is om de hoofdvermogenschakelorganen S1, S2 alsmede de gehele keten te beschermen . tegen overstroom. Dit wordt aangeduid als venster-comparator voor het beschermen tegen en het detecteren van overstroom.

De in de inductor Lr vloeiende stroom wordt gelijkgericht door de diodes D7 en D8, en de daaruit resulterende gelijkspanning wordt gedeeld door de weerstanden R18, R20 van de spanningsdeler 9. De 30 spanningsval over de weerstand R20 wordt aangeboden aan de negatieve ingangsaansluiting (-) van de tweede comparator 52. Bijgevolg is de van de weerstand R20 afgenomen spanning een gelijkspanning.

Het hoogfrequent schakelgedeeite 6 van het schakelbesturingssignaal van de besturfngsketen 5 ontvangt, omvat een MOSFET-ketenschakelorganen S1 en S2, parallel aan de MOSFETS verbonden condensatoren C11 en C22, en diodes D3 en D4.

35 Figuur 9A toont de gotfvorm van het uitgangssignaal tussen de knooppunten A en B van de aandrijfketen 551 van de frequentiedeler 55. In de figuren 9B en 9C zijn de tijden geïllustreerd waarop de schakeiorganen S1 en S2 worden aan geschakeld.

Als hoofdkenmerk van de werking van het hoogfrequent schakelgedeeite 6 worden de schakeiorganen S1, S2 geschakeld bij de toestand waarin de spanningsval over de schakeiorganen S1f S2 nul is, dat wil 40 zeggen dat de diodes D3, D4 worden aangeschakeld in een blok I zoals aangeduid in de figuren 9B en 9C, hetgeen wordt aangeduid als de nulspanningsschakelmethode ("zero voltage switching”, ZVS), teneinde de schakeiorganen S1 en S2 met een hoge snelheid te schakelen. Volgens een dergelijke ”ZVS”-methode, worden de schakeiorganen S1 en S2 met hoge snelheid geschakeld en is er slechts een gering verlies van schakeivermogen.

45 Teneinde de werking van de ZVS-methode tot stand te brengen, omvat de frequentiedeler 55 de flip-floppen DF1 en DF2. Als de schakeiorganen S1 en S2 om beurten worden geschakeld, treedt een dode tijd op zoals blok i, zoals getoond in de figuren 9B en 9C, op een dusdanige manier dat de schakeiorganen S1 n S2 ZVS kunnen uitvoeren. Het eerste schakelorgaan S1 wordt aangeschakeld in het pulsblok met positieve spanning van figuur 9B. en het tweede schakelorgaan S2 wordt aangeschakeld in het pulsblok met 50 positieve spanning van figuur 9C. Wanneer het eerste schakelorgaan S1 wordt aangeschakeld in het pulsblok met positieve spanning van figuur 9B, is de gotfvorm van de spanning tussen de drain en de source van het tweede schakelorgaan S2 getoond in figuur 9D, en de gotfvorm van de stroom is getoond in figuur 9E. De gotfvorm die stijgt tot het referentiepunt, aardniveau G, is een stroom die via de diode D3 vloeit, en een stroom die vanaf het aardniveau G stijgt, duidt op een drain-stroom van het eerste schakel-55 orgaan SI.

Thans zal een meer gedetailleerde beschrijving hieromtrent worden gegeven onder verwijzing naar de figuren 10A t/m 10C.

194221 6

Eerst wordt een beschrijving gegeven van de werking tussen de tijdstippen to en t1 in figuur 9E.

Op het startHjdstip to vloeit de stroom ir in de keten van figuur 10A in de richting zoals aangeduid met een pijl, en uiteindelijk vloeit de stroom via de baan E-SOp dit moment begint de condensator C44 gelaten te worden, en begint de condensator C33 ontladen te worden. Deze bedrijfstoestand wordt 5 beëindigd op het tijdstip t, door het uitschakelen van het schakelorgaan S1.

Thans wordt de werking tussen de tijdstippen t, en ta van figuur 9E beschreven. Als het schakelorgaan S1 wordt uitgeschakeld op het tijdstip t1t verandert de baan van de stroom ir van het schakelorgaan S1 naar de condensator C11, en vloeit deze stroom via de baan E-C11-Lr*Cr-C44-E. Op dit moment begint de condensator C11 geladen te worden, en begint de condensator C22 ontladen te worden. Deze bedrijfs-10 toestand wordt beëindigd op het tijdstip tg wanneer de spanning van de condensator C22 nul wordt.

Thans zal de werking tussen de tijdstippen tg en t« van figuur 9E worden beschreven. Wanneer op het tijdstip tg de spanning van de condensator C22 nul is, wordt de baan van de stroom ir veranderd naar de diode d4, zoals getoond in figuur 10C. Dat wil zeggen, de stroom ir vloeit dan via de baan L -r -Cf-C^-D^L,.

15 In deze toestand is energie in de resonantieketen 7 aan het "free-wheelen”, onafhankelijk van het vermogen E. Deze toestand duurt voort tot het tijdstip t*.

Teneinde te voldoen aan de vereisten van ZVS, wordt het schakelorgaan S2 aangeschakeld op het tijdstip t3. Aangezien de stroom ir een positieve (+)-richting handhaaft op het tijdstip tg, vloeit de stroom niet via het schakelorgaan S2. En aangezien het schakelorgaan S2 juist een aangeschakelde toestand 20 handhaaft, voldoet het schakelorgaan S2 aan de vereisten van ZVS.

De bovenstaande beschrijving heeft betrekking op de halve schakelperiode door het schakelorgaan S2, en aangezien de andere halve schakelperiode wordt uitgevoerd door het schakelorgaan S2 op een vergelijkbare wijze tussen de tijdstippen S2 op een vergelijkbare wijze tussen de tijdstippen tg en t^ wordt een gedetailleerde beschrijving hieromtrent achterwege gelaten.

25 De werking van de diodes DS en D6 in figuur 3 is als volgt.

De bovengenoemde diodes D5 en D6 zijn diodes voor het klampen van de spanningen van de condensatoren C33, C44 aan de vermogensspanning E. Dat wil zeggen dat, in het geval dat het gehele systeem abnormaal functioneert en de spanning van de condensatoren C33, C44 boven de vermogensspanning E stijgt ten gevolge van resonantie, de diodes D5, D6 worden aangeschakeld om daardoor de spanning te 30 klampen aan de vermogensspanning E. Een uitgangssignaal van het hoogfrequent schakelgedeelte 6 wordt aangeboden aan de resonantieketen 7, en het uitgangssignaal van de resonantieketen 7 wordt via de transformator T1 aangeboden aan een uitgangsketengedeelte 8 om vermogen over te dragen aah de belasting R<,. De in figuur 9F getoonde golfvorm heeft betrekking op de secundaire spanning van de transformator T1, en wordt in figuur 9F vergeleken met de ingangswisselspanning Vh. Figuur 9G toont de 35 golfvormen van de spanning V en de stroom I van de ingangswisselspanning V^, en duidelijk blijkt dat de fase van spanning en stroom aan elkaar gelijk zijn.

Aangezien de onderhavige uitvinding niet de aanwezigheid vereist van de schakelorganen Q en de condensatoren C zoals deze aanwezig zijn in de ”boosting”-omzettechniek zoals getoond in de figuren 2A en 2B, kan de reductie van de betrouwbaarheid ten aanzien van de schakelkarakteristieken worden 40 weggenomen, en de onderhavige uitvinding kan in economisch opzicht voordelig zijn.

De met de uitgang van het hoogfrequent schakelgedeelte 6 verbonden resonantieketen 7, en het met de resonantieketen 7 verbonden uitgangsketengedeelte 8, hebben een structuur van een resonantie-parallei-naar-seriebelastingomzetter.

Bijgevolg is de onderhavige uitvinding ontworpen om constant de schakelhoekfrequentie co8 van het 45 hoogfrequent schakelgedeelte 6 te besturen in een hoger gebied dan dat van de natuurlijke vibratie-frequentie a>r van de resonantieinductor Lr van de resonantieketen 7 en de resonantiecapaciteit Cr. De natuurlijke vibratiefrequentie αν van de resonantieketen 7 kan worden uitgedrukt door de hiernavolgende formule 4: so 0r=\7ra (4)

Naar het uitgangsketengedeelte 8 wordt een hoogfrequent signaal overgedragen via de transducent t1 die parallel is verbonden met de condensator Cr van de resonantieketen 7. De spanning en stroom daarvan zijn met elkaar in fase. Dit signaal wordt omgezet naar een gelijkspanningssignaal door de diodebrugketens 55 D11, D22, D33, D44 van het uitgangsketengedeelte 8, spoel Lq en condensator C0, en wordt dan aangeboden aan de belasting Rg.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een stabiel vermogen ongeacht 7 194221 fluctuaties van het ingangsvermogensniveau of de belasting, en daartoe is parallel met de belasting Rq een uitgangsspanningdetecteergedeelte 10 verbonden, die de spanning over de belasting Rq detecteert en een terugkoppelspanning genereert dat stijgt wanneer de ingangswisselspanning V,n stijgt. Het terugkoppel· spanningssignaal van het uitgangsspanningsdetectiegedeelte 10 wordt toegevoerd naar de fase-invertor 53 5 van het besturingsgedeelte 5. De fase-invertor 53 is een omkeerversterkingsketen die gevormd is rond een operationele versterker, en de uitgangsspanning daarvan wordt toegevoerd aan de veldversterker 56, evenals de referentiespanning V^·

In het uitgangsketengedeelte 8 vormen de spoel Lo en de condensator Co een uitgangsfilter, waarvan de poolfrequentie wordt uitgedrukt door de hiernavolgende formule 5: 10 fo = —4= (5) 2irVLöCö

Derhalve is de foutversterker 56 ontworpen om twee nulpunten en één pool te hebben teneinde te compenseren voor de frequentiekarakteristieken van het uitgangsfilter van het uitgangsketengedeelte 8, en 15 wei volgens de hiernavolgende formules: '- = 5ΓΚλ[Ηζ1 ,β>

De versterkingsfactor van de foutversterker 56 wordt uitgedrukt door de hiernavolgende formule 9: 25 factor==-5« [Hz] (9) *H14

De foutversterker 56 bestuurt de frequentie van het zaagtanduitgangssignaal van de VCO 54, en stelt de uitgangsfrequentie in als er enige fluctuatie aanwezig is in het ingangssignaal van de foutversterker.

30 Bijgevolg wordt de uitgangsfrequentie van de eerste comparator 51 verhoogd, en wordt de frequentie van het uitgangsschakelsignaal door de frequentiedeler 55 ook verhoogd. Wanneer de logische keten 55 zich in eèn normale toestand bevindt, verschaft deze echter een uitgangssignaal van constante frequentie.

Samenvattend kan worden gezegd dat als de aan de foutversterker 56 toegevoerde spanning toeneemt, dat wil zeggen het wisselspanningsniveau, dan stijgt het uitgangssignaal van de foutversterker 56. Als 35 gevolg hiervan neemt de zaagtandgolffrequentie toe, evenals de schakelfrequentie, waardoor het ingangs-vermogen afneemt.

In tegenstelling daarmee neemt het ingangsvermogen toe wanneer de naar de foutversterker 56 toegevoerde spanning afneemt. Wanneer er derhalve een fluctuatie optreedt in de belasting Rq, zal een toename van de belasting Rq een toename veroorzaken van het uitgangssignaal van de foutversterker 56 40 om de uitgangsspanning te verlagen. Wanneer daarentegen de betasting Rq afneemt, stijgt de uitgangsspanning. Dat wil zeggen dat de uitgangsspanning constant geproduceerd wordt, zelfs in het geval van belastingfluctuaties.

Volgens de onderhavige uitvinding is de keten eenvoudiger en verbetert de vermogensfactor vergeleken met de omzettechniek van het ”boosting”-type, en de ingangsvermogensfactor wordt verhoogd door het 45 verwijderen van dode hoek en dode tijd teneinde voordelig te zijn in betrouwbaarheid en kosten. Daarnaast is het hele systeem klein van afmeting en licht in gewicht.

als resultaat van het meten van de golfvormen van de ingangsspanningen de ingangsstroom in de keten van de onderhavige uitvinding zoals getoond in figuur 3, kan de in figuur 9G getoonde golfvorm worden verkregen.

50 Vergeleken met de figuren 1B en 2B heeft deze golfvorm geen enkele vervorming. Bijgevolg is het aandeel aan hoge frequenties aanzienlijk verminderd in vergelijking met de figuren 1B en 2B.

Claims

194221 8

1. Vermogenstoevoerstelsel met hoge vermogensfactor, omvattende een dubbelfasig gelijkrichtorgaan voor het gelijkrichten van een wisselstroomsignaal; een spanningsdelerorgaan voor het opnemen van het 5 gelijkgerichte signaal en het delen daarvan; een schakelorgaan dat wordt gestuurd door een schakelstuur-signaal; een stuurorgaan voor het toevoeren van het schakelstuursignaal aan het schakelorgaan en voorzien van een vergelijkingsorgaan waaraan het gedeelde signaal wordt toegevoerd dat afkomstig is van het spanningsdelerorgaan; een resonantieketendeel dat bestaat uit een resonantieketèn-inductor en een resonantieketencondensator en dat verbonden is met het schakelorgaan voor het opwekken van een 10 resonantiesignaal; en een uitgangsketen voor het opnemen van het resonantiesignaal, het gelijkrichten van dit signaal en vervolgens het gelijkgerichte signaal overdragen aan een belasting, met het kenmerk, dat is voorzien in een inductor die verbonden is met het gelijkrichtorgaan; dat het schakelorgaan dient voor het sturen van de stroom die in de inductor vloeit; dat het stuurorgaan is voorzien van een zaagtandgolfsignaal-generator die een zaagtandgolfsignaal voortbrengt; dat het vergelijkingsorgaan dient voor het vergelijken 15 van het gedeelde signaal afkomstig van het spanningsdelerorgaan met het zaagtandgolfsignaal om een reeks schakelpulsen te verkrijgen, en dat het stuurorgaan voorts is voorzien van een frequentiedeler voor het opwekken van het schakelstuursignaal met een nulgebied om het schakelorgaan gedurende elk van de schakelpulsen uit te schakelen.

2. Vermogenstoevoerstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een tweede spanningsdeelorgaan 20 aanwezig is voor het opnemen van een uitgangssignaal van het resonantieketendeel en het delen van dit signaal, waarbij het gedeelde signaal wordt toegevoerd aan een tweede vergelijkingsorgaan en wordt vergeleken met een eerste referentiesignaal, om een tweede vergelijkingsuitgangssignaal te verkrijgen, dat wordt toegevoerd aan de frequentiedeler om het schakelstuursignaal te blokkeren wanneer een overstroom optreedt.

3. Vermogenstoevoerstelsel met hoge vermogensfactor volgens conclusie 1-2, met het kenmerk, dat het stuurorgaan voorts omvat: een derde vergelijkingsorgaan voor het terugkoppelen van een terugkoppel-signaal dat correspondeert met hét gelijkgerichte resonantiesignaal dat wordt verschaft aan de belasting en hét vervolgens vergelijken van het terugkoppelsignaat met een tweede referentiesignaal; en een fout-versterkingsorgaan om de frequentie van het zaagtandgolfsignaal te veranderen volgens het signaalniveau 30 van het foutversterkingsorgaan.

4. Vermogenstoevoerstelsel met hoge vermogensfactor volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de frequentiedeler omvat: een eerste en een tweede flip-flop van het D-type die elk een reeks schakelpulsen als kloksignaal gebruiken; een eerste en een tweede logische poort die zijn gekoppeld met de uitgangen van de eerste en de tweede flip-flop voor het voortbrengen van twee afzonderlijke reeksen pulssignalen; en 35 een schakelaandrijfketen voor het opwekken van twee afzonderlijke reeksen aandrijfpulsen als het schakelstuursignaal uit de twee afzonderlijke reeksen pulssignalen.

5. Vermogenstoevoerstelsel met hoge vermogensfactor volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat elk van de twee afzonderlijke reeksen aandrijfpulsen intermitterend worden voortgebracht.

6. Vermogenstoevoerstelsel met hoge vermogensfactor volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de 40 eerste en tweede logische poorten NEN-poorten zijn. Hierbij 11 bladen tekening