NL7811969A - Schakelende voeding met meerdere uitgangen. - Google Patents

Description

I’ J· * , PHN 9302 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Schakelende voeding met meerdere uitgangen.

De uitvinding heeft betrekking op een schakelende voeding van het type voorwaartse omzetter, bevattende een primaire keten met twee ingangsklemmen, aan te sluiten op een gelijkspanningsvoedingsbron, en secundaire ketens, 5 ieder met uitgangsklqmmen voor het aansluiten van een be lasting, waarbij de primaire keten tussen de ingangsklemmen tenminste één bestuurbaar schakelelement, periodiek gestuurd door een stuurschakeling, in serie met een primaire wikkeling van een transformator bevat en elke secundaire 10 keten een secundaire wikkeling van de transformator, een gelijkrichtdiode, een vrijloopdiode en een smoorspoel bevat-en tenminste één secundaire keten voorzien is van instelen stabilisatiemiddelen ten behoeve van een grootheid aan de uitgangskiemmen.

15 Een dergelijke voeding is bekend uit het Duitse octrooischrift DE-AS 26 08 167. Hierin wordt een voorwaartse omzetter beschreven met twee galvanisch gescheiden uitgangen, waarvan één uitgang door middel van een gestuurde schakelende serietransistor in het uitgangscircuit een onafhankelijk 20 van de verdere parameters van de omzetter instelbare en gestabiliseerde uitgangsspanning levert. Hiertoe is een apart elektronisch stuurcircuit voor de schakelende serietransistor aanwezig. Voor de instelling en stabilisatie van de uitgangsspanning wordt een deel van de schakelperiode 25 niet nuttig gebruikt voor het opbouwen en handhaven van deze spanning, waardoor er impulsbreedteregeling per uit-gangsketen plaats vindt.

Ook het Duitse octrooischrift DE-OS 26 3^· 193 beschrijft een voeding, die voldoet aan het in de aanhef ge- 781 1 9 69 <tr- — 2 — ..EHN..9-3.0.2___________________________ __________________________________________________________________________ noemde type. De impulsbreedteregeling per secundair uit-gangscircuit wordt hier verzorgd door een elektronisch circuit, dat een thyristor stuurt, die in het secundaire circuit tevens als gelijkrichter dient.

5 Fig. 1 van dit octrooischrift geeft ook aan, dat.

niet alle secundaire uitgangsketens voorzien behoeven te zijn van de instel- en stabilisatiemiddelen, en dat het primaire circuit twee in serie met de primaire wikkeling geplaatste schakelelementen, overbrugd door een vrijloop-10 diode, kan bevatten. Beide schakelelementen worden gelijktijdig door een pulsgenerator periodiek in geleiding gebracht .

Beide bekende voedingsschakelingen dienen voorzien te zijn van stuureenheden per geregeld secundair uitgangs-15 circuit. Deze stuureenheden zijn vrij ingewikkeld van op bouw en bevatten vele elektronische componenten en veelal stuurtransformatoren teneinde de schakeltransistoren of de schakelthyristoren op de juiste wijze te kunnen sturen.

De uitvinding beoogt een sterke vereenvoudiging 20 van de schakelmiddelen met bijbehorende stuureenheid aan te geven, en is daartoe gekenmerkt, doordat de instel- en stabilisatiemiddelen een verzadigbare 'smoorspoel bevatten, die met een vermogenswikkeling in serie opgenomen is met de secundaire wikkeling en de gelijkrichtdiode en die 25 verder tenminste één stuurwikkeling bevat voor het in stellen van een voormagnetisatie in de kern van de smoorspoel, en verder de middelen een stuureenheid bevatten, die aangesloten is op de stuurwikkeling en die voorzien is van een ingang voor een genoemde grootheid.

30 De impulsbreedteregeling per secundaire uitgangs- _ keten wordt hier verkregen doordat de voorflank van elke rechthoekspanningsimpuls aan de secundaire wikkeling van de transformator in de tijd vertraagd wordt tengevolge van de spannings-tijd-integraal, die evenredig is met het flux-35 verschil tussen de verzadigingsflux en de voormagnetisatie-flux in de kern van de verzadigbare smoorspoel. Door rege- 781 1 9 69 "3 - PHN 9302 ling van de voormagnetisatie is aldus bij een bepaalde secundaire transformatorspanning een instelbare tijdsvertraging te verkrijgen. De voormagnetisatie is met een eenvoudige stuureenheid in te stellen, waarbij'een te 5 regelen parameter, zoals de uitgangsspanning of de uit- gangsstroom, omgezet wordt in een meetgrootheid die met een referentiegrootheid vergeleken kan worden·, waarna bet verkregen verschilsignaal de voormagnetisatie instelt door middel van een stroom door de stuurwikkeling of door 10 het opdrukken van een spanning, die voor demagnetisatie zorg draagt tot een gewenste inductiewaarde.

De voordelen, die verkregen worden door het regel-circuit volgens de uitvinding zijn: - geringe kostprijs van de‘gebruikte onderdelen, dure 15 schakeltransistoren of -tbyristoren en een ingewikkelde stuurschakeling zijn vermeden, - geringe dissipatie. De vermogenswikkeling van de smoor-spoel heeft een zeer kleine weerstand, terwijl de verliezen in de stuurwikkeling, magneti.sch circuit en stuur- 20 eenheid zeer klein zijn, in tegenstelling tot de ver liezen in de schakeltransistoren of -thyristoren en in de stuurschakeling van de bekende voedingen, - eenvoudige lineaire stuurschakeling kan toegepast w>rden.

Een verbetering van het rendement kan nog verkregen 25 worden wanneer volgens de uitvinding de kern van de ver-zadigbare smoorspoel bestaat uit magnetisch materiaal met gering remanent magnetisme.

Een extra stuurstroom, eventueel via een aparte stuurwikkeling om de kern van de smoorspoel zo te voor-30 magnetiseren dat een steil gebied van de B-H-kromme bestreken wordt , is hierbij niet nodig. Deze verschuiving van de B-H-kromme is bijvoorbeeld noodzakelijk bij magnetisch materiaal met een rechthoekige lus, alwaar het remanent magnetisme vrijwel overeenkomt met de verzadigingswaarde 35 van de flux.

Een uitvoeringsvorm van een voeding volgens de uit- 78 1 1 9 69 - ·4 - _ρην .9302_________________________________________......;____________________________ vinding is gekenmerkt, doordat de stuureenheid een diode en êen stuurspanningsbron bevat, die 'in serie met de stuurwikkeling zijn opgenomen zodanig dat gedurende de eerste tijdsduur de diode gesperd is door de stuurspanning een deel van 5 van de bron en gedurende/de tweede tijdsduur geleidend is tengevolge van de inductiespanning over de stuurwikkeling, zodat de voermagnetisatie bepaald wordt door de spannings- het deel van tijd-integraal van de stuurspanning over/de tweede tijds-waarbij duur,/de stuurschakeling gedurende een eerste tijdsduur het 10 bestuurbaar schakelelement doet geleiden en het gedurende een tweede tijdsduur doet sperren.

Voordelig hierbij is dat optimaal gebruik gemaakt wordt van de in de smoorspoel opgeslagen magnetische 15 energie. De spannings-tijd-integraal in de eerste tijdsperiode is gelijk aan de spannings-tijd-integraal in de tweede tijdsperiode. In de stuurwikkelingen behoeft geen continue voorinstellingsstroom te vloeien, en de stuur-spanningsbron kan eenvoudig verkregen worden, bijvoorbeeld 20 zoals in eén andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, die gekenmerkt is doordat de stuurspanningsbron de uitgang van een operationele versterker is, welke 'versterker het verschilsignaal versterkt van een referentiesignaal en een signaal evenredig met de genoemde· grootheid.

25 In weer een* andere uitvoeringsvorm is de diode de basis-emitter-diode van een transistor. Voordelig hierbij is dat de demagnetiseringsstroom voor het grootste deel buiten de stuurspanningsbron loopt, hetgeen vooral van belang is wanneer de uitgang van een operationele verster-30 ker geen of weinig stroom van buiten op kan nemeni Normaal levert een dergelijke uitgang namelijk stroom. Deze uitvoeringsvorm is gekenmerkt, doordat de genoemde diode de basis-emitter-diode van een transistor is, waarvan de collector met de ene zijde en de emitter met de andere 35 zijde van de stuurwikkeling verbonden is.

Dè uitvinding kan ook zeer voordelig toegepast worden op een schakelende voeding, waarbij de stuurschake- 78 1 1 8 69 o 5 · PHN 9302_________ ______________ ________________________ ;_____________________________________ ling voor de schakelelementen in de primaire keten een impulsbreedte-gestuurde oscillator bevat en een vergelijk-schakeling, die met een ingang aangesloten is op de uit-gangsklemmen van één der secundaire ketens, zodat de 5 spanning aan deze klemmen constant is door middel van de iinpul sbr e ed t e - s tur ing.

Er is dus reeds een stabilisatie van de diverse uitgangsspanningen aanwezig. Een onderlinge beïnvloeding door belastingvariaties kan vermeden worden en een fijn-10 instelling van elke uitgangsspanning is mogelijk doordat volgens het kenmerk van deze uitvoeringsvorm de ingang van de stuureenheid behorend bij een andere secundaire keten aangesloten is op de bijbehorende uitgangsklemmen voor het constant houden van de uitgangsspanning onafhanke-15 lijk van belastingvariaties in een ruim gebied en voor de fijninstelling van deze uitgangsspanning.

De verzadigbare smoorspoel kan hier klein van afmeting gekozen worden, terwijl een eenvoudige versterker-schakeling voor de regeling van de ui tgangs spanning t_oege-20 past kan worden. Het regelcircuit dissipeert praktisch geen energie, kleiner dan bijvoorbeeld 3 procent van het nominale uitgangsvermogen, het instelbereik van elke uit-gangsspanning is bijvoorbeeld + en -5 procent, terwijl de stabilisatie bijvoorbeeld veel beter is dan 1 procent.

25 Opgemerkt wordt dat het toepassen van een verzadigbare smoorspoel voor regeldoeleinden wel bekend is. In het Amerikaanse octrooischrift 3.087.107 wordt een gelijkspan-ningsvoedingsbron beschreven, die gevoed wordt vanuit een wisselspanningnet via een transformator. Tussen de secun-30 daire wikkeling en de gelijkrichtdiode is een verzadigbare smoorspoel aangebracht, die door middel van twee stuur-wikkelingen een voormagnetisatie ontvangt, die enerzijds bepaald wordt door de belastingstroom, anderzijds door een stroom afkomstig van een versterkerschakeling, die de uit-35 gangsspanning vergélijkt met een referentie. De aanwezige gelijkrichtschakeling is enkelfasig uitgevoerd. De dubbel- 7811969 . " "6 ~ „_PHN....93Q2__________________________________________________________________________________________________________________________ fasige uitvoering wordt'getoond in het Amerikaanse octrooi-schrift 3.105.184. Beide bekende voedingsschakelingen werken met sinusvormige ingangsspanning en topgelijkrich-ting, waardoor de regeling pas effectief wordt na het 5 passeren van de topwaarde van de sinusspanning. Daar ook aangeduid is, dat de sinusspanning afkomstig is van een voedingsnet, waarvan de frequentie 50 of 60 Hz is, betekent dit en het voorgaande, dat 10 sen lange uitstel- tijd nodig is, en dus een omvangrijke smoorspoel toegepast moet worden. Ook zullen de verliezen in de schakeling vrij groot zijn, onder meer door de toepassing van magnetisch materiaal met rechthoekige lus, waarvoor een extra installs stroom nodig is.

De uitvinding heeft betrekking op voorwaartse omzettere met meerdere uügangen, waarvan zoals bekend is de schakelfrequentiè hoog is en een rechthoekspanning door d,e secundaire wikkelingen af gegeven wordt. De regeling _ 20 kan.hier per uitgangscircuit vanaf de voorflank effektief zijn.

Ook het Amerikaanse octrooischrift 3.^5*775 toont de 'toepassing van verzadigbare smoorspoelen voor een impuls-breedteregeling tenbehoeve van een stuurschakeling voor 2s een push-pull omzetter. De vierkantsgdf van een oscillator wordt impulsbreedtegestuurd door een magnetische versterker met kernmateriaal met rechthoeklus, met een instelstuur-wikkeling voor het geven van een vaste voormagnetisatie en met een diodestuurspanningsbron-schakeling voor het ver-jq krijgen van een spannings-tijd-integraal. De onderhavige uitvinding echter past één smoorspoel toe per daartoe in aanmerking komende secundaire uitgang van een voorwaartse omzetter met meerdere secundaire uitgangen en wel voor de vermogensregeling van deze uitgang en niet om een impuls-breedte gestuurde oscillator te verkrijgen.

De uitvinding zal nader toegelicht worden aan de 78 1 1 9 69 . «* “7 . “ phn 9.302.________________________________________________________________________________________________ ___________________ hand van de tekening·, waarin voorstelt:

Fig. 1 een algemeen blokschema met maatregelen volgens de uitvinding;

Fig. 2 een B-H-kromme met gering remanent magnetisme; 5 Fig. 3 een B-H-kromme met rechthoeklus;

Fig. 4A en 4B een serie tijddiagraramen voor stromen, spanningen en fluxverloop,

Fig. 5A en 5B een detail van een stroom-tijd—diagram; Fig. 6 een vergelijkschakeling voor de. uitgangs-1q spanning,

Fig, 7 een vergelijkschakeling voor de uitgangs- stroom,

Fig. 8, 9 en 10 varianten van de besturing voor de stuurwikkeling; -j cj en Fig. 11 een schema van een geregelde secundaire keten volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een schema van een voorwaartse omzetter weergegeven, die vier galvanisch van elkaar gescheiden uitgangen bezit.„Daartoe is een transformator 1 voorzien van 2q de secundaire wikkelingen 2, 3, k en 5· Deze wikkelingen kunnen elkaar natuurlijk ook overlappen of zelfs gecombineerd zijn met de primaire wikkeling 6. Een demagneti-seringswikkeling 7 geeft de in de transformator opgeslagen magnetische energie via diode 8 terug aan de gelijkspan-ningsvoedingsbron, die op de klemmen 9 en 10 aangesloten wordt. Een stuurschakeling 11 levert stuurimpulsen aan een bestuurbaar schakelelement 12, dat bijvoorbeeld een transistor kan zjji, en dat de wikkeling 6 gedurende een eerste tijdsduur hiervan scheidt.

30 Elke secundaire keten bevat een gelijkrichtdiode 13, die vanwege het karakter van de voorwaartse omzetter geleidend is tijdens de eerste tijdsduur, een smoorspoel 14, die magnetische energie kan opslaan, waarvan een deel afgegeven wordt aan de buffercondensator 15 en aan de op 35 de uitgang aangesloten belasting 16, 17» 18 en resp. 19» en verder een vrijloopdiode 20, die de stroom door spoel 7811 δ 69 P - 8 - · ,ΡΗΝ 9.3.02......................................................... ................................................................................

14 opvangt, gedurende de tijd, dat gelijkrichtdiode 13 deze stroom niet kan voeren.

De secundaire ketens 2-16 en 3-17 zijn voorzien vaninstel- en stabilisatiemiddelen volgens de uitvinding. Aangegeven is, dat er tevens secundaire ketens kunnen zijn, -waarvoor een stabilisatie van de üitgangsgrootheden niet noodzakelijk is, zoals keten 4-18 en dat één secundaire keten geregeld kan worden door beïnvloeding van het primaire circuit. Daartoe wordt van de keten 5-19 de uit-gangsspanning toegevoerd aan een vergelijkcircuit 21, dat een stuursignaal afgeeft, dat via verbinding 22 aan een stuuringang 23 van stuurschakeling 11 toegevoerd wordt, zodat in compenserende zin bijvoorbeeld de pulsbreedte van de eerste tijdsduur veranderd wordt. Ook is in fig. 1 aangegeven, dat een bovengenoemde stabilisatie eveneens verkregen kan worden door een extra secundaire wikkeling 24, aangesloten σρ een vergelijkschakeling 25, die verbonden is met de lijp 22.

Voor de uitgangsketens 2-16 en 3-1? is tussen de secundaire transformatorwikkeling 2, resp. 3 en de diode 13 een ver-zadigbafe smoorspoel 26 aangebracht, waarvan een vermogens-· wikkeling 27 de ketenstroom voert en een stuurwikkeling 28 de voormagnetisatie van het kernmateriaal verzorgt. Deze stuurwikke!ing is aangesloten op een stuureenheid 29, die een ingang 30 heeft voor het toevoeren van gegevens van een in te stellen en te stabiliseren grootheid aan de uitgangsklemmen. Deze grootheid kan de uitgangsspanning, de uitgangsstroom of het uitgangsvermogen zijn. In fig. 1 is dit symbolisch aangegeven met de verbinding 31·

In fig. 2 is een B-H-kromme weergegeven voor het magnetische kernmateriaal van de verzadigbare smoorspoel 26 uit fig. 1. Dit materiaal heeft een gering remanent magnetisme hetgeen betekent dat de induetiewaarde Br bij magnetische veldsterkte nul klein is tenopzichte van de verzadigingsinductiewaarde Bs, die optreedt bij een veldsterkte Hs. Door de stuurwikkeling 28 kunnen voormagneti- . .Λ 781 1 9 69 * 9 PHN 930-2_________________________________________-....................,_________________________ ____________________________________________ ______ satiewaarden B1 bij een veldsterkte H1 of -B2 bij een veldsterkte -H2 ingesteld worden. De waardes H1 en H2 kunnen verkregen worden door een bestuurbare stroombroii-scbakeling in de stuureenbeid 29 van fig. 1 of ontstaan 3 door een stroom i^ resp. i^, die in de stuurwikkeling loopt op het moment, dat de secundaire wikkeling 2,3 spanning gaat leveren, dus bij het begin van de eerste tijdsduur. Ook is het mogelijk de stromen i^ en i^ van constante waarde door een aparte stuurwikkeling te leiden, 10 en de stuurwikkeling ZÈ te gebruiken voor de demagnetisatie van de waarde Bs tot de waarde B1 resp. B2.,De heenmagne-tisatie, veroorzaakt door de secundaire spanning, die in zijn geheel gedurende het eerste deel van de eerste tijdsduur over de wikkeling 27 staat, verloopt dan in omge-13 keerde richting, dus bijvoorbeeld van B2 naar Bs of van B1 naar Bs. In principe kan het verloop ook van Br naar Bs zijn. De indüctiewet zegt dat de spanning over een spoel gelijk is aan de fluxverandering in de spoel per tijdseenheid of dat de spannings-tijd-integraal gelijk is aan 20 de totale fluxverandering. In fig. 2 geeft een pijl 40 de inductieverandering Bs-B1, de pijl 41 Bs-Br en de pijl 42 Bs+B2 aan en zoals bekend is de fluxverandering met deze waardes evenredig via de factor n.A, waarin n het aantal windingen van een wikkeling is en A het oppervlak 25 in de doorsnede van het magnetisch kernmateriaal is.

Warneer nu bij de heenmagnetisatie de spanning in de bij bovengenoemde fluxveranderingen behorende spannings-ti jd-integraal de secundaire rechthoek-spanning is, dan is een met de veranderingen evenredige uitsteltijd te ver-30 krijgen. Ook is nu in te zien, dat een demagnetisatie gedurende de tweede tijdsduur kan plaats vinden door binnen deze tijdsduur het veld snel af te breken, zodat een ingesteld veld behorende bij H1 of H2 overblijft, of door in de tweede tijdsduur een spanning van een bron op een 33 (stuur-)wikkeling van de spoel te plaatsen, waardoor .van gedurende een deel/ tweede tijdsduur het veld -.afgebroken 78 1 1 9 69 ·* ' ..-- 10" · · PHN 9302 wordt, echter tot een gewenste induetiewaarde bijv. BÏ of tot dichtbij Br. Een voorinstelwaarde van de magnetisatie is hierbij niet nodig, waarmede dus een wikkeling en constante stuurstroom bespaard worden.

5 Duidelijk is wel, dat hiermede alleen het ge bied tussen Br en Bs bestreken kan worden. Voor een groter gebied ’dient de B-H-kromme als het ware verschoven te worden met een hulpveld, zoals H2.

In fig. 3 is een B-H-kromme getekend van mag-10 hetisch materiaal met rechthoekige lus. Hieruit is te zien, dat de -waarde Br voor het remanente magnetisme vrijwel gelijk is aan de verzadigingswaarde Bs. Om nu toch een bruikbare fluxverandering te verkrijgen zal hier een hulpveld zoals H1 of H2 altijd noodzakelijk zijn.

15 In fig. 4a en fig. 4B zijn enkele tijddiagram- men weergegeven, waarvan het diagram Vsec de secundaire transformatorspanning voorstelt. Op het tijdstip t^ in Fig. 4A wordt het schakelelement 12 in fig. 1 geleidend, waardoor aan de secundaire wikkelingen de rechthoekspanning 20 43 ontstaat. Op het tijdstip t^is de eerste tijdsduur beëindigd en begint de tweede tijdsduur. Voor de demagne-tisatie van de transformator 1 wordt de diode 8 geleidend en staat de voedingsspanning over wikkeling 7* Over de secundaire wikkelingen is daardoor de spanning 46 aanwezig. 25 Door de verzadigbare smoorspoel, die in het begin van de eerste tijdsduur een hoge impedantie vertegenwoordigt, komt’ de spanning Vsec op het tijdstip t^ of t^ ter beschikking van het gelijkrichtcircuit. In het diagram Vsec is dit aangegeven met de lijnen 45, resp. 44.

30 In het diagram Isec is de stroom weergegeven door de spoel 14. Bij constante belasting wordt de lijn 53.verkregen in het geval de volledige secundaire spanning ter beschikking zou staan. Voor het geval dat de verzadigbare spoel een üitsteltijd van tg-t^ veroorzaakt, wordt de 35 stroomlijn 55 verkregen en bij de üitsteltijd de stroomlijn 54.

781 1 9 69 .....η ; PHN 9302 ________________________________________________________________________________________

Het diagram Isp geeft de stroom weer door de vermogenswikkeling 27 van de verzadigbare smoorspoel 26, waarbij de stroomwaarden tussen de tijdstippen tg-t^ en t^-t^ gelijk zijn aan de waarden, die getekend zijn in het 5 diagram Isec. Op het tijdstip t^ wordt de stroom Isp nul en gaat er in de stuurwikkeling 28 een demagnetisatiestroom lopen.

Op de tijdstippen t^, t-jQ, t-|-j en aané>®“ geven in fig. 4b vinden dezelfde gebeurtenissen plaats, 10 echter met dit verschil, dat in het geval dat de voor- magnetisatie ingesteld wordt door een stroombronsturing vanuit de stuureenheid 29, de demagnetisatie alleen plaats kan vinden door middel van een stroom in de vermogenswikke-ling 27. Dit is aangegeven bij de tijdstippen 15 t^. Op het tijdstip t^2 keert de spanning Vsec van rich ting om. De vrijloopdiode 20 is geleidend en voert de stromen 47 of 48 zoals aangegeven in diagram Isec. De spoel 26 wekt nu een induetiespanning over de wikkeling 27 op, die vrijwel gelijk is aan de negatieve spanning 20 Vsec, lijn 46, waardoor de gelijkrichtdiode 13 kan geladen tenbehoeve van een demagnetisatiestroom, die met 49 en 50 in diagram Isp is aangegeven.

In het diagram B van beide figuren is het verloop van de inductie of van de flux in de verzadigbare 25 smoorspoel weergegeven.

Gedurende de tijdsduren t^-t^ of t^-t^ is de spoel verzadigd, waarde Bs. De heenmagnetisatie door de spanning Vsec vindt plaats gedurende de tijdsduur t^-t-j of vanaf de voormagnetisatiewaarde B^ en gedurende 30 t^-t-j of ^11~^9 vanaf de waarde B3.

De demagnetisatie door middel van een stuur-- spanningsbron vindt plaats gedurende de tijdsduur ΐζ-ΐ^, waarbij als eindwaarde op het tijdstip t de waarden B1 resp. B3 weer bereikt worden. Het tijdstip t is gelegen 35 °P het moment waarop de demagnetisatie van de kern van de transformator 1 is afgelopen. De spanning 46 wordt nul, waardoor de blokkering van dio.de 13 opgeheven wordt eru-de— 7811969 PHN 9302 spanning over de wikkeling 27 eveneens nul wordt. Hierdoor kan de stuurspanningsbron niet meer werkzaam zijn. Het op dit moment aanwezige veld in de kern van de spoel 26 wordt nu gehandhaafd door een stroom in de wikkeling 27» 5 zoals in het diagram Isp aangegeven is met de stroomwaarde i^ en i^. Voor de andere demagnetisatiemethode worden de waarden B1 en B3 in fig. 4B bereikt óp de tijdstippen t^ ~~ en t.j^, waarbij deze waarden dus iii stand gehouden worden gedurende de rest van de periodeduur door externe middelen 10 opgenomen in de stuureenherd 29.

In fig. 5A en 5B is het aanloopstroomgebied respectievelijk tussen de tijdstippen t^ en t en de tijdstippen t^ en t^ uit het diagram Isp van fig. 4A en 4B in detail weergegeven. De rechte stijgende stroomlijnen 15 zijn te verklaren uit de inductiewet volgens de formule i = Vsec/L . t, waarin L de zelfinductie is van de spoel betrokken op wikkeling 27 en t het tijdsverloop. Tevens is hieruit te zien, dat de stroom i recht evenredig is met de spanning Vsec.

20 Op het tijdstip t^ of t^ is de secundaire spanning volgens rechthoek k-3 in fig. h aanwezig.

Deze spanning staat over de vermogenswikkeling 27 van de spoel 26 en moet gelijk zijn aan een bepaalde fluxverande-'ring per tijdseenheid, die via de B-H-kromme van het mag-25 netisch materiaal omgezet kan worden in een velfcterktever- andering per tijdseenheid, waarbij deze weer evenredig is met een stroomverandering per tijdseenheid. Hiermede zijn de diagrammen van fig. 5A en van fig. 5B met behulp van fig. 2 of 3 te verklaren.

30 Fig. 5A toont het verloop van de stroom Isp voor de tijdstippen t,, t,, t0 en t0. Op het tijdstip t S I a J z neemt de stroom Isp door wikkeling 27 de waarde i^ of i^ aan, via de veldsterkte en de B-H-kromme, behorende bij de inducties B1 en B3-. Op het tijdstip t^ stijgt de stroom 35 met een waarde i^ overeenkomend met het vlakke stuk van de B-H-kromme van fig. 2 en 3» aangegeven met de punten x en 78 1 1 9 69 13 - .

PHN _9302_______________________________________________________ y. De stroom verloopt daarna volgens de lijn 59 of 58, of volgens de lijnen 60 of 61 wanneer de ingangsspanning dus ook de secundaire spanning hoger geworden is.

Zoals bekend is het verband tussen veldsterkte 5 en stroom in vereenvoudigde vorm te schrijven als H.l = n.i, waarin 1 de lengte .van h'et magnetisch circuit en n het aantal windingen van de wikkeling, waardoor de stroom i vloeit, voorstelt. Met behulp van deze betrekking kan bijvoorbeeld uit fig. 2 afgelezen worden, dat de veld-10 sterkte HT, behorend bij de stroom i^, reeds als voor- magnetisatie aanwezig is en vervolgens de B-H-kromme doorlopen wordt tot de veldsterkte Hs behorend bij de verza-digingsinductie Bs. Vanaf dit punt in het diagram verandert de inductie in geringe mate, maar neemt de veld-15 sterkte en dus de stroom door wikkeling 27 sterk toe. Xn fig. 5A is dit aangegeven voor de bijbehorende_stroom met de pijlen 56 -en 57· Opgemerkt wordt, dat de spoel 26 in het secundaire circuit een hoge impedantie vertegenwoordigt in het gebied met in de tijd variërende veldsterkte 20 tussen H1 en Hs, maar bij grotere veldsterkte dan Hs een lage impedantie voorstelt tenopzichte van de andere eïk-trische circuitparameters. Voor de duidelijkheid is echter in het diagram Isp van fig. 4A en ^B het aanloopstroomgebied , vergroot weergegeven tenopzichte van de stroom bij de 25 lijnen 5^· en 55· Wanneer voor het secundaire circuit spanningsregeling gewenst ist en de bijbehorende stuureen-heid is daarop ingericht, dan is met fig. 4A en fig. 5-A-de regeling op constante uitgangsspanning bij stijgende ingangsspanning te verklaren. Bij een hogere secundaire 30 spanning verandert de lijn 59 en de lijn 6O en wordt het schakelpunt bereikt op het tijdstip t . De stuureenheid meet een stijgende uitgangsspanning en verhoogt daardoor de spanning van de stuurspanningsbron. Dit geeft in de periode t -t^ een grotere demagnetisatie. In fig. 4A, diagram B, 35 verandert B1 in B3, en in fig. 5-A. verandert de bijbehorende stroom i^ in i^, zodat in deze figuur via de lijn 61 het 78 1 1 9 69 » . ι4 ..EHN . 9-302.—-____________ __________ ________________________________________________ ____________________J................................... ;_________ schakelpunt ty bereikt wordt. Omdat tytj· groter is dan t2-tr blijft er van de rest van de schakelperiode, waarin Vsec werkzaam is, een kleiner deel over , dat dus de compensatie vormt voor de hogere spanning.

5 In fig. 5B is het aanloopstroomgebied weerge geven, dat overeenkomt met het diagram Isp van fig. 4b.

Een extern opgedrukt veld H1 of H3, overeenkomend met in-ductiewaarden B1 of B3, is op het tijdstip t^ reeds aanwezig., De stroom Isp verloopt vanaf dit tijdstip volgens 10 de lijnen 51 of bij hogere secundaire spanning volgens 52, vergelijkbaar met de lijnen 59 resp. 60 of 58» resp. 61 in fig. 5A. Op de tijdstippen ΐχ, t1Q, t en t^ wordt de verzadiging van de kern van spoel 26 bereikt. Voor wat de stromen betreft is te stellen, dat de stroom i . gelijk.

0. .

15 is aan l/n.(Hs-H1) en de stroom i gelijk is aan l/n.(Hs- o H3.), waarin H3 de veldsterkte is bij de inductie B3.

Bij spanningsregeling volgens het bij fig. 5A-reeds beschreven geval, zal de stuureenheid de voormagneti-satie verminderen van- B1 naar B3 of van H1 naar H3, zodat 20 de stroom i op tijdstip t overgaat in stroom i met

3, . X C

schakelpunt op tijdstip t

In fig. 6 is een deel-van de stuureenheid 29 weergegeven. Als te besturen grootheid wordt de uitgangs-spanning van een secundaire keten genomen. Daartoe is ver-25 binding 31 aangebracht tussen ingang 30 en uitgangsklem 32 ‘ en de gemeenschappelijke van de schakeling verbonden met klem 33· Ben operationele versterker 62 is met de niet-inverterende ingang 63 verbonden met een spanningsdeler 64, 65. De inverterende ingang 66' is verbonden met een zener-30 diode 67, die ingesteld wordt met een weerstand 68. De versterker en de zenerdiode kunnen gevoed worden met eén voeding, die bijvoorbeeld verkregen wordt door gelijkrichting van Vsec over de wikkeling 2. Beiden kunnen echter ook gevoed worden, zoals in fig. 6 is aangegeven. Aan de uit-33 gang' 69-70 van de versterker 62 wordt een spanning verkregen, die evenredig is met het verschil tussen de zenerreferen-- tiespanning en de via de deler 64, 65 gedeelde uitgangs- 781 1 9 69 “15 ~ .FHN. .93.02______________________________________________________________________________________________________________________________ spanning over klemme'n 32 en 33· De vers terkeruit gangs -spanning wordt gebruikt om de stuurwikkeling 28 via een tussencircuit te sturen. Dit laatste wordt in de figuren 7, 8, 9 en 10 nog beschreven.

5 In fig. 7 wordt een vergelijkechakeling weer gegeven, waarbij als te besturen grootheid aan de uitgangs-klemmen 32, 33 de stroom door de belasting genomen wordt. Daartoe wordt deze stroom via verbinding 31 en ingang 30 door een meetweerstand 71 geleid. De spanning hierover wordt 10 · vergeleken met een zenerspanning van zenerdiode 72. Door middel van. gelijke delers 73» 7^ worden de spanningen respectievelijk aan ingang 63 en aan ingang 66 toegevoerd.

De uitgang 69-70 levert de versterkte verschilspanning, die, als voorbeeld, gebruikt wordt om een bestuurbare stroom-15 bronschakeling in te stellen, bestaande uit een transistor 75 en een emitterweerstand 76. De verkregen collectorstroom wordt- door stuurwikkeling 28 geleid voor het instellen van een voormagnetisatie.

, De schakelingen van fig. 8, 9 en 10 geven.aan 20 ho,e de uitgangsspanning van versterker 62 zelf gebruikt kan worden om de demagnetisatie te verkrijgen. De stuurwikkeling 28 is in serie geplaatst met een diode 77» die ook de basis-emitterdiode van een transistor 78 kan zijn.

De serieschakeling is zo op de uitgang van de versterker 25 62 aangesloten, dat de stroom 79» die voor demagnetisatie zorgt, door. de diode 77» resp. -de collector-emitterketen vloeit, waarbij de induetiespanning over de wikkeling gelijk is aan de stuurspanning over de klemmen 69, 70 plus de diodespanningsval. Uit de spannings-tijd-integraal volgt -· <j0 Yst. t=ng .A. (Bs-B) , waarin Vst de stuurspanning over de spoel en n het aantal windingen van de stuurwikkeling is. s

In fig. h is de inductie B getekend volgens voorgaande gelijkheid in het tijdsverloop tussen t^ en t. Zowel de veldsterke H als de bijbehorende stroom i hebben vrijwel 35 hetzelfde verloop, aannemende dat de relatieve permeabili teit van het materiaal vrijwel konstant is. Door keuze van 78 1 1 9 69 / -16 _ PHIL-9302________________________________________ __________________________I_________________________________________ de windingsverhouding tussen vermogenswikkeling en stuur-wikkeling kunnen magnetisatie- en demagnetisatie-grootlxeden * op elkaar aangepast worden.

In de figuren 8, 9 en 10 is de uitgang van de 5 operationele versterker met klemmen 69 en 70 zwevend ge tekend. Het is zondermeer mogelijk, dat klem 70 met de gemeenschappenjke verbinding van klem 33 verbonden wordt of dat klem 69 verbonden is met de voedingslijn aan klem 32. Een andere schakelmogelijkheid volgens fig. 9 is weer-10 gegeven in fig* 11.

In fig. 11 is één secundaire uitgangsketen weergegeven overgenomen van fig. 1 met invulling van de stuureenheid 29 volgens fig. 6 en fig. 8 of 9· Klem 70 van versterker 62 is verbonden met de gemeenschappelijke ver-15 binding aan klem 33 en klem 69 levert een stuurspanning aan een emittervolger 80 met emitterweerstand 81. Diode 77 kan verdien als de basis-emitter-sperspanning van transistor 80 voldoende groot is. De stuurspanning voor wikkeling 28 wordt hier bepaald door Vuit-V69, waarin Vuit 20 de uitgangsspanning over klemmen 32 en 33 voorstelt en V69 de uitgangsspanning, van de versterker 62. Daar deze spanning een negatief teken heeft in de zojuist vermelde aftrekking zijn de functies aan de ingangsklemmen 63 en 66 omgewisseld tenopzichte van fig* 6. Ook hier is de stabili-2*5 satie van de spanning aan klemmen 32 en 33 duidelijk her kenbaar. Mocht deze spanning bijvoorbeeld willen stijgen doordat de voedingsspanning van de converter stijgt of doordat de belastingsstroom vermindert, dan stijgt de spanning aan. ingang 66, vermindert de verschilspanning *jq tussen ingangen 63 en 66 en daalt de spanning aan klem 69.

In de uitfaze van de converterperiode, de tweede tijdsduur, zal dus de spanning over wikkeling .28 groter zijn. Dit betekent in deze uit-faze een snellere demagnetisatie naar een lagere induetiewaarde, zodat in de in-faze, de rjej eerste tijdsduur, eventueel ondanks de grotere secundaire transformatorspanning, de uitsteltijd toeneemt, omdat nu -een- grotere- inductie—of fluxverandering overbrugd moet 78 1 1 9 6 9

Claims (6)

17. s PHN 9.3.0.2_________________________________________________________________________________ worden. De effectieve in-tijd vermindert daardoor, of gedurende kortere tijd levert de transformator vermogen. Dit werkt de oorspronkelijke spanningsstijging tegen. Eén en ander is afhankelijk van de regelkringversterking, voor-5 namelijk bepaald door de versterkingsfactor van de verster ker 62. De regeling werkt, zeer snel, omdat bij de volgende periode van de stuuroscillator de voormagnetisatie-verandering al werkzaam is. 10 CONCLUSIES:

1. Schakelende voeding van het type voorwaartse omzetter, bevattende een primaire keten met twee ingangs-klemmen, aan te sluiten op een gelijkspanningsvoedingsbron, 15 en secundaire ketens, ieder met uitgangsklemmen voor het aansluiten van een belasting, waarbij de primaire keten tussen de ingangsklemmen tenminste één bestuurbaar schakel-element, periodiek gestuurd door een stuurschakeling, in seyie met een primaire wikkeling van een transformator 20 bevat en elke secundaire keten een secundaire wikkeling van de transformator, een gelijkrichtdiode, een vrijloop-diode en een smoorspoel bevat en tenminste één secundaire keten voorzien is van instel- en stabilisatiemiddelen ten behoeve van een grootheid aan de uitgangsklemmen met het 25 kenmerk, dat de instel- en stabilisatiemiddelen een ver- zadigbare smoorspoel bevatten, die met een vermogenswikke-ling in serie opgenomen is met de secundaire wikkeling en de gelijkrichtdiode en die verder tenminste één stuur-wikkeling bevat voor het instellen van een voormagnetisatie 30 in d© kern-van de snoorspoel, en verder de middelen een stuureenheid bevatten, die aangesloten is op de stuurwikke-ling en die voorzien is van een ingang voor een genoemde grootheid.

2. Schakelende voeding volgens conclusie 1, met 33 het kenmerk, dat de kern van de verzadigbare smoorspoel , bestaat uit magnetisch materiaal met gering remanent mag- —t-i-sme-.-------—------------- — —................................. — -------------------------------------------------- o 78 1 1 9 69 4 . . _ ; 18 - ΓΡΗΜ~9·5·02____________________________-_______________________________-_________:_________________________

3· Schakelende voeding volgens conclusie 1 of* 2, waarbij de stuurschakeling gedurende een eerste tijdsduur het bestuurbaar schakelelement doet geleiden en gedurende een tweede tijdsduur doet sperren, met het kenmerk, dat 5 de stuureenheid een diode en een stuurspanningsbron bevat, die in serie met de stuurwikkeling zijn opgenomen zodanig dat gedurende de eerste tijdsduur de diode gesperd is door de stuurspanning van de bron en gedurende de tweede tijdsduur geleidend is tengevolge van de inductiespanning over 10 de stuurwikkeling, zodat de voormagnetisatie bepaald wordt door de spannings-tijd-integraal van de stuurspanning over de tweede, tijdsduur.

4. Schakelende voeding volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat de stuurspanningsbron de uitgang van een 15 operationele versterker is, welke versterker het verschil- signaal versterkt van een referentiesignaal en een signaal evenredig met de genoemde grootheid.

5. Schakelende voeding volgens conclusie 3 of k, met het kenmerk, dat de genoemde diode de basis-emitter- 20· diode van een transistor is, waarvan de collector met de ene zijde en de emitter met de andere zijde van de stuurwikkeling verbonden is.

6. Schakelende voeding volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de stuur schakeling voor de schakel- 25 elementen in de primaire keten een impulsbreedte-gestuurde oscillator bevat en een vergelijkschakeling, die met een ingang aangesloten is op de uitgangsklemmen van één der secundaire ketens, zodat de spanning aan deze klemmen constant is door middel van de impulsbreedte-sturing, met 30 het kenmerk,, dat de ingang van de stuureenheid behorend bij een andere secundaire keten aangesloten is op de bijbe- · horende uitgangsklemmen voor het constant houden van de uitgangsspanning onafhankelijk van belastingvariaties in een ruim gebied en voor de fijninstelling van deze uit-25 gangsspanning. * 4 78 1 1 9 69