NL8104222A - Stuurschakeling voor een dc-ac-omzetter. - Google Patents

Description

λ i ΕΗΝ 10.140 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Stuurschakeling voor een DCrflC-onzetter.

De uitvinding heeft betrekking op een stuurschakeling voor twee in tegenfaze gestuurde halfgeleiderschakelaars van een gelijkstrocm-wisselstroan-cmzetter, waarbij de halfgeleiderschakelaars ieder een hoofdstrocmketen en een stuuringang bevatten en afwisselend 5 een hoofdstroariketen strocm voert in aanwezigheid van een stuursignaal van de stuurschakeling op de stuuringang van de betreffende halfge-leiderschakelaar en verder de stuurschakeling een regelorgaan bevat voor het instellen van een gewenste waarde van het stuursignaal.

De genoemde onzetter heeft tot taak een gelijkspanning of 10 een semi-gelijkspanning van een dubbelfazig gelijkgerichte wissel- spanningshron cm te zetten in een wisselspanning, waarvan de frequentie meestal tussen 20 en 100 kHz ligt, near ook enkele honderden Hz kan bedragen. De verkregen golfvorm kan sinusvormig zijn of blokvormig zijn en kan rechtstreeks gebmikt worden cm een belasting te voeden. Hierbij 15 wordt vaak een transformator gebmikt cm galvanische scheiding of om spanningstranformatie te verkrijgen. De schakelaars, die de gelijkspan-ningsbron aansluiten op de belasting of op de transformator kunnen een bmgschakeling vormen of in "push-pull"-schakeling opgenomen zijn, waarbij de toe te passen transformator een middenaftakking aan de 20 primaire wikkeling heeft voor het aansluiten van e£n der voedingsbron-klemmen.

Een onzetter van dit laatste type wordt gevonden in het Duitse octrooischrift DE-OS 28 17 319, dat evenals de onderhavige aanvrage betrekking heeft op een stuurschakeling behorend bij een 25 cmzetter.

De bekende stuurschakeling geeft een oplossing aan van het probleem van de hoge dissipatie in de stuurschakeling tengevolge van de bencdigde strocm voor het stuursignaal van de schakelaars.

De uitvinding geeft een aanzienlijke verbetering van het 30 geschetste probleem.

Daartoe is de stuurschakeling volgens de uitvinding geken-merkt doordat de stuurschakeling een vergelijkschakeling bevat, die met een uitgang verbonden is met het regelorgaan voor de installing van 8104222 * ’i PHN 10.140 2 het stuursignaal, met de ene ingang verbonden is met een referentie-spanning en met de andere Ingang verbonden is met de uitgang van een analoge of-poort waarvan een eerste ingang met de ene hoofdstroan-keten en een tweede- ingang met de andere hoofdstroomketen verbonden is, 5 waarbij de vergelijkschakeling tenminste een deel van de restspanning over de stroomvoerende hoofdstroomketen vergelijkt met de referentie-spanning en bij afwijking het regelorgaan stuurt voor het verkrijgen van een gewenste waarde van de restspanning.

Door deze maatregelen worden de volgende voordelen verkregen. 10 1) De spanningsval in het hoofdstrocmcircuit heeft een constante waarde onafhankelijk van de belastingstroom. De kans dat de dissipatie-grens van de schakelaar overschreden wordt doordat bij een grote belastingsstroom de spanningsval te groot wordt, bij een transistor bijvoorbeeld het komen uit de verzadiging, is gering.

15 2) Een oververzadiging met kleine restspanning is niet aanwezig.

Dit kan zich voordoen bij geringe belastingsstroan. Het gevolg is, dat de schakelaar ingesteld kan worden qp een restspanning, die onder veranderende belastingsanstandigheden een snelle schakeltijd oplevert, zodat de omzetter op een veel hogere frequentie kan werken, dan de 20 bekende anzetter.

3) Het stuursignaal wordt autonatisch optimaal geregeld. Het behoeft dus niet overgedimensioneerd te worden,. zoals bij de bekende anzetter, tenbehoeve van "het ergste geval": bijv. hoogste (of laagste) temperatuur, kleinst mogelijke versterkingsfactor tussen stuurstrocm 25 en belastingsstroan, verouderingsinvloeden, hoge of lage voedings- spanning, enz . Hierdoor wordt een zuinige sturing verkregen hetgeen een beter rendement van de anzetter betekent, ook bij kleinere belastings-stromen. Veelal kan daardoor op de koeling bezuirtigd worden, hetgeen weer volumevermindering van de anzetter inboudt.

30 Een voardelige uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij de ene klem van de gelij kstrocmvoedingsbron en de ene zijde van elke hoofdstroonketen aan massa liggen is gekenmerkt, doordat de analoge of-poort een weerstand be vat, die enerzijds aangesloten is op een voedingsbron met dezelfde polariteit als die van de gelijkstrocm-35 voedingsbron ten opzichte van massa en anderzijds met de ene klem van de genoemde uitgang van de of-poort en tussen deze uitgangsklem en de andere zijde van elke hoofdstroonketen tenminste een diode is aange-bracht.

8104222 dr « EHN 10.140 3

De analoge of-poart is hiermede teruggebracht tot een meest eenvoudige vorm. Voordelig is dat de toch al geringe restspanning verhoogd wordt met een of meer diodedoorlaatspanningen, die als constant gezien mogen worden en waarvan de eventuele temperatuurge-5 voeligheid gebruikt kan warden am een soortgelijke gevoeligheid van een bran, die de referentiespanning levert, te ccnpenseren. De aldus verkregen bogere uitgangsspanning van de of-poort is wat makkelijker te hanteren in de vergelijkschakeling.

In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt voor 10 de vergelijkschakeling de eenvoudigste vorm gekozen namelijk een transistor. De vergelijking vindt plaats in het basis-emitterdeel, de basis-emitterdiode levert de referentiespanning en de collector geeft een regelsignaal af. Een dergelijke stuurschakeling is gekenmerkt, door-dat de vergelijkschakeling een transistor is, die met de emitter ver-15 bonden is met massa, met de basis verbonden is met het aftakpunt van een spanningsdeler, die aangesloten is cp de uitgang van de of-poart en met de collector verbonden is met het regelorgaan.

Weer een andere uitvoeringsvorm geeft een voordelige sturing doordat het regelorgaan een stroonbron-schakeling is, bevattende een 20 transistor, die met de emitter door middel van een weerstand verbonden is met een voedingsbron, met de basis verbonden is met de uitgang van de vergelijkschakeling en met de collector met de stuuringang van een van de half geleiderschakelaars.

Opgemerkt wordt dat in het Duitse octrooischrift DE-OS 25 28 52 943 in fig. 3 en in fig. 5 een schakeling getoond wordt waarbij ook een restspanning over een halfgeleiderschakelaar uiteinde-lijk een regelorgaan voor de sturing van de schakelaar beinvloedt.

Echter de instelling en de schakeling zijn anders en het nagestreefde doel volgens fig. 2 en volgens fig. 6 met tabel zijn geheel anders.

30 Bovendien ontbreekt de analoge of-poort en de toepassing cp D£-£C-cmzetters. Hetzelfde geldt ook voor de schakeling van US 4.109.166, waar overtollige stuurstrocm in de hoofdstrocmketen "gedunpt" wordt en dus de dimensionering van de gehele schakeling voor "het ergste geval" dient te zijn.

35 De uitvinding zal aan de hand van de tekening nader toege- licht worden. Hierin stelt voor: fig. 1 en fig. 2 blckschema's van bekende omzetters, waar in de stuurschakeling van de uitvinding toepasbaar is, 8104222 EHN 10.140 4 • ·% fig. 3 een blokschema van de stuurschakeling volgens de uitvinding en fig. 4 en fig. 5 verdere uitwerkingen van de stuurschakeling volgens de uitvinding.

5 De omzetter van.fig. 1 zet de gelijkspanning van de Iron, die tussen de klemmen 1 en 2 wordt aangesloten, cm in een wisselspan-ning die over de belasting 3 staat via de transformator 4 net secun-daire wikkeling 5 en primaire wikkelingen 6 en 7. Op het gemeenschap-pelijke punt 8 is klem 2 .aangesloten. De primaire wikkelingen 6 en 7 10 worden afwisselend met de klem 1 verbonden door halfgeleiderschakelaars, zoals transistoren, 9 en 10, waarbij de respectievelijke hoofd-stroonketens gelegen zijn tussen klem 1 en wikkeling 6 en klem 1 en wikkeling 7. Het stuursignaal cm een der beide schakelaars geleidend te maken wordt geleverd door een regelorgaan 11, dat bestuurd wordt 15 door een oscillator 12, zodat afwisselend de stuuringang 13 van schakelaar 9 of stuuringang 14 van schakelaar 10 een stuursignaal ont-vangt.

De cmzetter van fig. 2 bevat dezelfde elementen van de anzetter van fig. 1 met dezelfde verwijzingstekens aangegeven.

20 Echter een transformator met een primaire middenaftakking is niet nodig. De belasting 3 kan rechtstreeks aangesloten zijn of via een transformator met een primaire wikkeling. Wei dienen de halfgeleider-schakelaars een brugschakeling te vormen, zoals aangegeven is met de extra schakelaars 15 en 16 met respectievelijke stuuringangen 17 en 18, 25 die aangesloten zijn csp de oscillator 12. De uitvinding kan toegepast worden op de schakelaars 9 en 10 met regelorgaan 11 en eventueel qp de schakelaars 15 en 16, hoewel bij deze een stuurstrocm in de ingangen 17 en 18 ten goede komt aan de belasting 3. Hierbij wordt dus aangencmen, dat de ingangen 13 en 14 stroom opnemen van regelorgaan 11.

30 in fig. 3 is de stuurschakeling volgens de uitvinding in blokschema weergegeven in een omzetter volgens fig. 1. Een vergelijk-schakeling 19 is met een uitgang 20 verbonden met het regelorgaan 11, dat daartoe een ingang 21 bezit. De ene ingang 22 van de vergelijk-schakeling 19 is verbonden met een referentiespanning aangeboden aan 35 klem 23, de andere ingang 24 is verbonden met de uitgang 25 van een analoge qf-poort 26, waarvan een eerste ingang 27 met de hoofdstrocm-keten van schakelaar 9 en een tweede ingang 28 net de hoofdstroomketen van schakelaar 10 verbonden is. De analoge of-poort 26 bevat een 8104222 PHN 10.140 5 * weerstand 29, die enerzijds aangesloten is qp een voedingsbron 30 met dezelfde polariteit als de gelijkstrociribron aangesloten op klem 2, waarbij Idem 1 aan de massa ligt van de anzetter. Anderzijds is de weerstand 29 verbonden met de uitgang 25 en met de anode van twee 5 diodes 31 en 32, die met de kathode respectievelijk verbonden zijn met ingang 27 en ingang 28. Het zal duidelijk zijn, dat die diode geleidend is, die verbonden is met die hoofdstroariketen, die op dat moment strocm voert. De andere diode is dan gesperd. De restspanning van de geleidende schakelaar, vermeerderd met de diodedoorlaatspanning 10 van §§n van de diodes 31 of 32 staat cp uitgang 25 en dus op ingang 24.

Een stijging van deze spanning zal vergeleken met de referentiespanning cp ingang 22 van de vergelijkschakeling 19 een correctiesignaal aan uitgang 20 opleveren voor ingang 21 van het regelorgaan 11, waardoor een groter stuursignaal aan ingang 13 of ingang 14 geleverd wordt.

15 Hierdoor zal de restspanning weer dalen.

Fig. 4 toont het schema van een anzetter met sinusvormige wisselspanning. Hiertoe is in de leiding van klem 2 naar aftakking 8 de smoorspoel 33 aanwazig en is condensator 34 over de totale primaire wikkeling 6+7 aangebracht. Er is ook een derde wikkeling 12 tossen de 20 stuuringangen 13 en 14 aanwszig cm het cmzettersignaal in de juiste faze te gehruiken voor het sperren van de ene schakelaar en het geleiden van de andere. De amplitude van het stuursignaal wordt ingesteld door het regelorgaan 11 in de voran van twee weerstanden 11a en 11b, van voeding voorzien door middel van ingang 21 verbonden met uitgang 20 25 van vergelijker 19. De referentiespanning aan klem 23 wordt geleverd door de voedingsspanning aan klem 30 te delen via de deler met weerstanden 35 en 36.

De anzetter met stuurschakeling volgens fig. 5 is een vereenvoudigde uitvoering van de schakeling van fig. 4. De vergelijk-30 schakeling 19 is een transistor, die met de emitter aan ingang 22 is aangesloten, waarbij het punt 23 met massa is verbonden. De basis van de transistor is met ingang 24 verbonden en ontvangt van uitgang 25 van de analoge of-poort 26 de informatie over de restspanning via de deler met weerstanden 37 en 38.

35 Zoals in figuur 4 een gewenste restspanning instelbaar is door de deler 35-36, die de referentiespanning bepaalt, te veranderen, zo is in fig. 5 de restspanning te bepalen door de deler 37-38, die een in te stellen deel van de restspanning de vergelijker 19 aaribiedt, 8104222 ΣΉΝ 10.140 6 -i * waarbij de basis-emitterspanning van de transistor als vaste referentie-spanning dienst doet. Het regelorgaan 11 is cpgebouwd uit een stroom-bran met transistor 39 en emitterweerstand 40. De stroom die de collector van de transistor levert aan de ingang 14 voor het geleidend maken 5 van transistor 10 wordt via wikkeling 12 ook aan ingang 13 van transistor 9 geleverd afhankelijk van de polariteit van de spanning, die over wikkeling 12 ontstaat. De bedoelde stroom wordt bepaald door de emitterweerstand 40 en de spanning van bran 30, die tevens de spanning van bran 1-2 is, tesamen met de spanning, die kleru 21 van uitgang 20 10 van vergelijker 19 ontvangt.

Als belasting van de gelijkstroomr^sselstrocm-omzetter kan ook een gelijkrichtschakeling met eventueel filter en daarop aangesloten een gelijkstroornfcelasting genomen worden.

15 20 25 30 8104222 35

Claims (5)

1. Stuurschakeling voor twee In tegenfaze gestuurde half- geleiderschakelaars van een gelijkstroam-wisselstroanraiizetter, waarbij de halfgeleiderschakelaars ieder een hoofdstroanketen en een stauringang fcevatten en afwisselend een hoofdstrocniketen stroom 5 voert in aanwezigheid van een stuursignaal van de stuurschakeling op de stuur ingang van de betreffende halfgeleiderschakelaar en verder de stuurschakeling een regelorgaan bevat voor het instellen van een gewenste waarde van het stuursignaal, met het kenmerk, dat de stuurschakeling een vergelijkschakeling bevat, die met een uitgang verbonden 10 is met het regelorgaan voor de instelling van het stuursignaal, met de ene ingang verbonden is met een referentiespanning en met de andere ingang verbonden is met de uitgang van een analoge of-poort waarvan een eerste ingang met de ene hoofdstroanketen en een tweede ingang met de andere hoofdstrocniketen verbonden is, waarbij de vergelijk-15 schakeling tenminste een deel van de restspanning over de strocm-voerende hoofdstroanketen vergelijkt met de referentiespanning en bij afwijking het regelorgaan stuurt voor het verkrijgen van een gewenste waarde van de restspanning.

2. Stuurschakeling volgens conclusie 1 voor een gelijkstroan-2o wisselstroan-anzetter, die een gemeenschappelijke leiding bevat, die aan massa ligt en waarop de ene klem van de gelijkstroom-voedings-bron en de ene zijde van elke hoofdstroomketen is aangesloten, met het kenmerk, dat de analoge of-poort een weerstand bevat, die ener-zijds aangesloten is pp een voedingsbron met dezelfde polariteit 25 als die van de gelijkstrocmvoedingsbron ten opzichte van massa en anderzijds met de ene klem van de genoemde uitgang van de of-poort en tussen deze uitgangsklem en de andere zijde van elke hoofdstroomr-keten ten minste een diode is aangebracht.

3. Stuurschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de 30 vergelijkschakeling een transistor is, die met de emitter verbonden is met massa, met de basis verbonden is met het aftakpunt van een spanningsdeler, die aangesloten is op de uitgang van de of-poort en met de collector verbonden is met het regelorgaan.

4. Stuurschakeling volgens conclusie 1, 2 of 3, voor een 35 gelijkstroan-wisselstrocm-omzetter, waarbij de stuuringangen recht-streeks met elkaar verbonden zijn door middel van een transformator-wikkeling, met het kenmerk, dat het regelorgaan een stroomhron-schakeling is, bevattende een transistor, die met de emitter door 8104222 Λ· ~V ΡΗΝ 10.140 8 middel van een weerstand verbonden is met een voedingshron, met de basis verbonden is met de uitgang van de vergelijkschakeling en met de collector met de stuuringang van een van de halfgeleiderschakelaars.

5 10 15 20 25 30 35 8104222