NL8502101A - Elektronische schakeling. - Google Patents

Description

ι··η·ι· * A 4

* I

N.0. 33.335 L --

Elektronische schakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een elektronische schakeling met 5 ten minste een als schakelelement bedreven halfgeleider voor het afwisselend in- en uitschakelen van een uit een gelijkspanningsbron gevoede induktieve verbruiker en met een omschakel-ontlaadschakeling, met een eerste kondensator in serie met een eerste diode, die parallel met het schakeltrajekt van een schakelelement ligt, zodat de diode en het scha-10 kelelement dezelfde doorlaatrichting hebben en met een ontlaadweerstand voor de kondensator, alsmede een bij voorkeur parallel met de verbruiker gelegen vrijloopdiode.

Bij een bekende schakeling van deze soort (DE-AS-26 32 381) is het schakelelement een transistor. Als de transistor wordt ingeschakeld ont-15 laadt zich de kondensator over de transistor en de met de kondensator in serie geschakelde ontlaadweerstand. Als de transistor dan weer wordt uitgeschakeld, laadt zich de kondensator op de spanning van de gelijkspanningsbron via de met hem eveneens in serie gelegen eerste diode op. Daardoor wordt bereikt, dat de kollektor-emitterspanning van de transis-20 tor niet plotseling tot op de bedrijfsgelijkspanningsbron van de verbruiker stijgt, voordat de kollektor-emitterstroom is weggestorven. Dit leidt tot een vermindering van het verliesvermogen van de transistor bij het uitschakelen. Bij het einde van het uitschakelverloop kan desalniettemin een overspanning over de transistor optreden, als de verbindings-25 leidingen tussen schakelinrichting en gelijkspanningsbron en/of de gelijkspanningsbron zelf een hoge eigen induktiviteit bezitten. Een dergelijke overspanning is ongewenst, omdat zij een overeenkomstig hoge belastbare transistor vereist. Omdat deze overspanning ongeveer evenredig met de vierkantswortel van de verhouding van de zelfinduktie tot de ka-30 paciteit van de omschakelontlaadschakeling is, zou voor vermindering van de overspanning de kapaciteit van de kondensator groter kunnen worden gekozen. Dit zou echter tot opberging van een overeenkomstig hogere energie in de kondensator leiden, die bij het ontladen van de kondensator via de ontlaadweerstand een overeenkomstig hoog verliesvermogen niet 35 alleen in de ontlaadweerstand, maar ook in de transistor, die de ont-laadstroom voert, tot gevolg zal hebben.

De uitvinding beoogt thans een schakelinrichting volgens de in de inleiding aangegeven soort te verschaffen, waarbij het schakelelement niet wordt overbelast en een zo hoog mogelijk rendement wordt bereikt.

40 Volgens de uitvinding wordt dit aldus bereikt, dat het inzetten van 850210 f • : i 2 de ontlaadstroom van de eerste kondensator zolang wordt vertraagd, tot het inschakelen van het schakelelement en de kommutatie van de verbrui-kersstroom van de vrijloopdiode naar het schakelelement nagenoeg zijn beëindigd.

5 Op deze wijze worden de ontlaadverliezen van het schakelelement verminderd en een overbelasting vermeden.

Bijzonder eenvoudig kan dit aldus worden gerealiseerd, dat in serie met de vrijloopdiode ten minste een kommutatiesmoorspoel is gelegen en de ontlaadweerstand enerzijds tussen de kommutatiesmoorspoel en de vrij- 10 loopdiode en anderzijds tussen de eerste kondensator en de eerste diode is aangesloten. Bij deze inrichting bewerkt de kommutatiesmoorspoel enerzijds, dat als bij het inschakelen van het schakelelement nog een vrij loopstroom over de met de verbruiker parallelle vrijloopdiode vloeit, de door het schakelelement vloeiende stroom niet gedurende de 15 blokkeervertragingstijd van de vrijloopdiode in de sperrichting door de vrijloopdiode kan vloeien, wat zonder de kommutatiesmoorspoel tot een aanzienlijke overbelasting van het schakelelement gedurende de sperver- tragingstijd van de vrijloopdiode zou kunnen voeren en anderzijds dat • zich de kondensator van de omschakelontlastschakeling pas dan ontlaadt, 20 als de vrijloopdiode is geblokkeerd, dat wil zeggen dat de over de vrijloopdiode vloeiende vrijloopstroom van de verbruiker is weggestorven. Op * grond van de door de kommutatiesmoorspoel teweeg gebrachte vertraging van het wegsterf proces van de vrij loops troom wordt derhalve ook de ontlading van de kondensator vertraagd en dientengevolge het schakelelement 25 niet direkt bij het inschakelen door de ontlaadstroom van de kondensator extra belast.

Dan kan ervoor worden gezorgd, dat parallel met het schakeltrajekt van een schakelelement een verdere serieschakeling van een tweede kondensator en een tweede diode ligt en de tweede kondensator vanuit een 30 laadspanningsbron steeds ten minste tot op een vooraf bepaalde spanning geladen wordt gehouden en na het uitschakelen van het schakelelement weer tot deze spanning wordt ontladen. Als hierbij op grond van de zelf-indukties bij het uitschakelen van het schakelelement een de laadspan-ning van de tweede kondensator overschrijdende spanning over het scha-35 kelelement optreedt, wordt de tweede diode geleidend, zodat de tweede kondensator praktisch met de eerste kondensator parallel wordt geschakeld en de totale kapaciteit van de omschakelontlastschakeling dienovereenkomstig wordt verhoogd. Dit leidt tot een geringere overspanning, omdat deze met toenemende kapaciteit wordt gereduceerd. Vanwege de dien-40 tengevolge lagere laadspanning van de eerste kondensator is ook het ver-

Cf ____________ 8502101 3 * j * liesvermogen van de eerste ontlaadweerstand geringer. Omdat verder de tweede kondensator nooit volledig wordt ontladen, maar de spanning van de laadspanningsbron behoudt, behoeft over de tweede kondensator slechts de overspanning te worden opgebouwd. Ten gevolge daarvan zijn ook even-5 tueel door de tweede kondensator veroorzaakte ontlaadverliezen naar verhouding gering. Verder kan de kapaciteit van de eerste kondensator op een naar verhouding lage waarde worden gehouden en desalniettemin de schadelijke overspanning worden begrensd zonder dat het schakelelement door de ontlaadstroom wordt overbelast.

10 Bij voorkeur is de spanning van de laadspanningsbron gelijk aan de bedrijfsspanning van de verbruiker. In het bijzonder kan de gelijkepan-ningsbron de laadspanningsbron van de tweede kondensator vormen. Hierbij komt een afzonderlijke laadspanningsbron te vervallen.

Dan kan de verbinding van de tweede kondensator en de tweede diode 15 via een tweede weerstand met die pool van de gelijkspanningsbron zijn verbonden, dat niet direkt bij het schakelelement ligt. Hierbij ligt de spanning van de gelijkspanningsbron voortdurend over de serieschakeling van de tweede kondensator en de tweede weerstand, zodat de tweede kondensator niet onder de spanning van de gelijkspanningsbron kan worden 20 ontladen.

- Om extra verliezen door een met de kommutatiesmoorspoel parallelle vrij loopkring te vermijden kan de in de kommutatiesmoorspoel opgeborgen energie via een diode mede voor de stroomvoorziening worden gebruikt. Hierbij kan de gelijkspanningsbron via de derde diode met een sekundaire 25 wikkeling van de kommutatiesmoorspoel zijn verbonden, zodat de energie van de kommutatiesmoorspoel in de gelijkspanningsbron wordt teruggevoerd. Een andere mogelijkheid bestaat daarin, dat een opbergkondensator van een stroomvoedingsinrichting via de derde diode met de kathode van de vrijloopdiode wordt verbonden. Hierbij vervalt een sekundaire wikke-30 ling van de kommutatiesmoorspoel.

De in de kommutatiesmoorspoel bij het ontladen van de eerste kondensator opgeborgen energie wordt derhalve ten minste gedeeltelijk ten nutte gemaakt, zodat ook de door de omschakelontlastschakeling teweeg gebrachte verliezen dienovereenkomstig worden gereduceerd.

35 De uitvinding en zijn verdere uitvoeringsvormen worden in het hier na volgende aan de hand van de tekeningen van uitvoeringsvoorbeelden nader toegelicht.

Fig. 1 toont een principeschakeling van een stroomvoedingsinrichting met een als triller werkende schakelinrichting volgens de uitvin-40 ding, Λ ï Λ Λ -? 3 0 V · - * . t 4 fig. 2 toont een principeschakeling van een stroomvoedingsinrich-ting met een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding.

De stroomvoedingsinrichting volgens fig. 1 bevat een gelijkspan-5 ningsbron 1 en een schakelinrichting 2 volgens de uitvinding, waarbij een induktieve verbruiker 3 via de schakelinrichting 2 intermitterend op de gelijkspanningsbron 1 wordt aangesloten. Tot dit doel wordt de schakelinrichting 2 door stuurpulsen van een stuurtrap 4 periodiek in- en uitgeschakeld.

10 De gelijkspanningsbron 1 bevat een batterij 5 of dergelijke, bij voorbeeld een uit het wisseistroomnet gevoede gelijkrichter en een buffer- of afvlakkondensator 6. De schakelinrichting 2 ligt tussen de plus-pool (+) van de gelijkspanningsbron 1 en de verbruiker 3 en omvat een stuurbaar schakelelement 7 in de vorm van een transistor (eventueel 15 meerdere transistoren in Darlington-schakeling of een thyristor, bijvoorbeeld een uitschakel-thyristor) en een omschakelontlastschakeling 8 met een kondensator 9 en een diode 10, die in serie zijn geschakeld en parallel met het schakeltrajekt van het schakelelement 6 (het kollek-tor-emittertrajekt van de transistor) zijn gelegen. Verder bevat de om-20 schakelontlastschakeling 8 een serieschakeling van een vrijloopdiode 11 en een kommutatiesmoorspoel 12 parallel met de verbuiker 3. Een ontlaad-weerstand 13 voor kondensator 9 is enerzijds tussen kondensator 9 en diode 10 en anderzijds tussen de vrijloopdiode 11 en de kommutatiesmoorspoel 12 aangesloten. Bovendien ligt parallel met het schakeltrajekt de 25 serieschakeling van een tweede kondensator 14 en een tweede diode 15, waarvan de verbinding via een tweede ohmse weerstand 16 met de, het schakelelement 7 niet direkt nabij gelegen pool van de gelijkspanningsbron 1, hier de minpool (-), is verbonden. Hiermee ligt parallel met de kommutatiesmoorspoel 12 een serieschakeling van een ohmse weerstand 17 30 en een verdere vrijloopdiode 18.

De verbruiker 3 omvat een spoel 19, bijvoorbeeld een elektromotor, in serie met een ohmse weerstand 20, die ook de verliezen van de spoel 19 kan voorstellen. Tussen het schakelelement 7 en de verbruiker 3 kan verder een afvlaksmoorspoel 21 zijn aangebracht.

35 De verbindingsleidingen tussen de gelijkspanningsbron 1 en de scha kelinrichting 2 bezitten een zelfinduktie, die als spoel 22 is weergegeven. Deze spoel 22 kan ook de zelfindukties van eventueel in de gelijkspanningsbron 1 aanwezige transformatorwikkelingen en smoorspoelen alsmede hun spreidingszelfindukties voorstellen.

40 De stuurtrap 4 wordt eveneens met bedrijfsstroom gevoed vanuit de ISS2 1 0 1 * ^ 5 gelijkspanningsbron 1.

Thans zal de werking van de schakeling volgens fig. 1 nader worden toegelicht.

Zolang transistor 7 is ingeschakeld vloeit er een stroom over zijn 5 kollektor-emittertrajekt naar de verbruiker 3. Zodra de, de transistor 7 ingeschakeld houdende stuurpuls van de stuurtrap 4 verdwijnt, neemt de over het kollektor-emittertrajekt vloeiende stroom ongeveer lineair af. Tegelijkertijd begint de spoel 19 zich via de vrijloopdiode 11 en de kommutatiesmoorspoel alsmede over de weerstand 17 en de vrijloopdiode 18 10 te ontladen. De kondensator 9 had zich gedurende de ingeschakelde toestand van de transistor 7 via deze, de kommutatiesmoorspoel 12 en de weerstand 13 ontladen en begint zich nu te laden via de diode 10 en de weerstand 13 op de bedrijfsspanning U. Daarmee wordt gewaarborgd, dat de kollektor-emitterspanning van transistor 7 niet geleidelijk stijgt en 15 een overbelasting van de transistor 7 wordt verhinderd zolang de kollek-tor-emitterstroom nog niet verdwenen is. Kondensator 14 is nog tot op de bedrijfsspanning U geladen, omdat deze voortdurend via de weerstand 16 op de gelijkspanningsbron 1 blijft aangesloten, zodat deze zich ook bij ingeschakelde transistor 7 niet onder de bedrijfsspanning U via transis-20 tor 7 kan ontladen. Kondensator 14 verhoogt de totale kapaciteit van de omschakelontlastschakeling 8. Dit waarborgt, dat ook de spanning van de kondensator 9 en daarmee aan het kollektor-emittertrajekt van transistor 7 de bedrijfsspanning U niet noemenswaardig kan stijgen. Zonder kondensator 14, diode 15 en weerstand 16 zou namelijk de, de zelfinduktie 22 25 en de kondensator 9 bezittende trillingskring 1 naar verhouding hoge overspanning over de kondensator 9 laten ontstaan. Deze overspanning zou weliswaar door verhoging van de kapaciteit van de kondensator 9 kunnen worden verminderd, maar dan zou bij elke laadhandeling een dienovereenkomstig hogere energie in de kondensator worden opgeborgen en bij het 30 ontladen in de weerstand 13 nutteloos worden verbruikt. De kondensator 14 wordt daarentegen slechts met het bedrag van een mogelijke overspanning vanuit de bedrijfsspanning U bijgeladen en weer tot de bedrijfsspanning U ontladen en aangetoond kan worden, dat het daardoor in de weerstand 16 omgezette verliesvermogen geringer is dan het in de weer-35 stand 13 extra omgezette verliesvermogen, als de elementen 14 tot 18 worden weggelaten en de kapaciteit van de kondensator 9 met een bedrag wordt verhoogd, waarbij de overspanning dezelfde lage waarde bezit als indien de elementen 14 tot J.6 aanwezig zijn.

Nadat de kondensator 9 is geladen, wordt transistor 7 door de vql-40 gende stuurpuls van de stuurtrap 4 weer ingeschakeld. Als de ontlaad- ) 1 * > J i 6 stroom van de verbruiker 3 tot dit tijdstip nog niet is weggestorven, dat wil zeggen nog een vrij loopstroom door de vrijloopdiode 11 vloeit, zou zonder de kommutatiesmoorspoel 12 gedurende de spervertragingstijd van de vrijloopdiode 11 via deze een naar verhouding hoge spervertra-5 gingsstroom in de sperrichting vloeien, die tot een extra belasting en eventueel overbelasting van de transistor 7 zou voeren. De kommutatiesmoorspoel 12 is derhalve aanwezig om een dergelijke spervertragings-stroom te smoren en voor een overeenkomstige verdere kommutatie van de verbruikersstroom van de vrijloopdiode 11 naar de transistor 7 te zor-10 gen.

Verder kan de kondensator 9 pas dan worden ontladen, als de gedeeltelijk over de kommutatiesmoorspoel 12 vloeiende ontlaadstroom van de verbruiker 3 in hoofdzaak of volledig is weggestorven, omdat de ontlaad-stroom van de kondensator 9 ernaar streeft via de kommutatiesmoorspoel 15 12 tegengesteld ten opzichte van de ontlaadstroom van de verbruiker 3 te vloeien.

Dit betekent dat de ontlaadstroom van de kondensator 9 pas dan inzet, als de over de vrijloopdiode 11 vloeiende ontlaadstroom van de verbruiker 3 nagenoeg is weggestorven en transistor 7 volledig geleidend 20 is. Een overbelasting van transistor 7 gedurende zijn overgang van ge- sperde in volledig geleidende toestand door een extra ontlaadstroom van de kondensator 9 wordt derhalve eveneens vermeden.

Zodra kondensator 9 via de kommutatiesmoorspoel 12 is ontladen, wordt de in de kommutaiesmoorspoel 12 opgeborgen energie in hoofdzaak 25 via de vrijloopdiode 18 en de weerstand 17 gereduceerd, omdat de weer-standswaarde van de weerstand 17 veel hoger is dan die van de weerstand 17.

Het uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 2 onderscheidt zich van dat volgens fig. 1 slechts daarin, dat de omschakelontlastschakeling 8' van 30 de schakelinrichting 2' in plaats van de weerstand 17 een met de kommutatiesmoorspoel 12 magnetisch gekoppelde sekundaire wikkeling 23 bezit, die over de nu als gelijkrichter werkende diode 18 met de gelijkspan-ningsbron 1 is verbonden, zodat de ontlaadenergie van de kondensator voor stroomvoeding wordt toegepast.

35 Het is derhalve ook mogelijk de energie van de kommutatiesmoorspoel direkt via een diode in een opbergkondensator over te dragen, waarvan de lading in hoofdzaak alleen voor de stroomverzorging van een schakeling, bijvoorbeeld van de stuurtrap 4 wordt toegepast. Hierbij behoeft slechts bij bedrijfsbegin door een overeenkomstige aanloopschakeling voor een 40 aanvangslading van de opbergkondensator te worden gezorgd. Daarna volgt 8502101 * ? 7 de stroomverzorging verder door de ontlaadenergie van de kommutatie-smoorspoel.

De schakelinrichtingen 2 en 2' kunnen in meervoudige uitvoeringsvorm ook in een meerfasewisselrichter worden toegepast.

. 8502101

Claims (8)

1. Elektronische schakeling met ten minste een als schakelelement bedreven halfgeleider voor het afwisselend in- en uitschakelen van een 5 uit een gelijkspanningsbron gevoede induktieve verbruiker en met een om-schakel-ontlastschakeling, voorzien van een eerste kondensator in serie met een eerste diode, die parallel met het schakeltrajekt van het schakelelement is gelegen, zodat de diode en het schakelelement dezelfde doorlaatrichting bezitten en met een ontlaadweerstand voor de kondensa- 10 tor, alsmede voorzien van een bij voorkeur parallel met de verbruiker gelegen vrijloopdiode, met het kenmerk, dat het inzetten van de ontlaadstroom van de eerste kondensator (9) zolang wordt vertraagd, tot het inschakelproces van het schakelelement (7) en de kommu-tatie van de verbruikers stroom van de vrijloopdiode (11) naar het scha- 15 kelelement (7) nagenoeg beëindigd zijn.

2. Schakeling volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat in serie met de vrijloopdiode (11) ten minste een kommutatiesmoor-spoel (12) is gelegen en dat de ontlaadweer stand (13) enerzijds tussen 20 de kommutatiesmoorspoel (12) en de vrijloopdiode (11) en anderzijds tussen de eerste kondensator (9) en de eerste diode (10) is aangesloten.

3. Schakeling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat parallel met het schakeltrajekt van het schakelelement (7) 25 een verdere serieschakeling van een tweede kondensator (14) en een tweede diode (15) is gelegen en de tweede kondensator (14) vanuit een laad-spanningsbron steeds ten minste tot aan een vooraf bepaalde spanning geladen wordt gehouden en na het uitschakelen van het schakelelement (7) weer tot op deze spanning wordt ontladen. 30

4. Schakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de spanning van de laadspanningsbron gelijk is aan de bedrijfsspan-ning (ü) van de verbruiker (3).

5. Schakeling volgens de conclusies 3 of 4, met het ken merk, dat de verbinding van de tweede kondensator (14) en de tweede diode (15) over een tweede weerstand (16) met die pool (-) van de gelijkspanningsbron (1) is verbonden, die niet nabij het schakelelement (7) is gelegen. 8502101

6. Schakelinrichting volgens conclusie 2 en eventueel volgens een van de conclusies 3 tot 5, m e t het kenmerk, dat de in de kommutatiesmoorspoel (12) opgeborgen energie via een derde diode (18) voor de stroomverzorging wordt gebruikt. 5

7. Schakelinrichting volgens conclusie 6, met het ken-merk, dat de gelijkspanningsbron (1) via een derde diode (18) met een sekundaire wikkeling (23) van de kommutatiesmoorspoel (12) is verbonden. 10

8. Schakelinrichting volgens conclusie 6,met het kenmerk, dat een geheugenkondensator van een stroomverzorgingsinrichting via de derde diode (18) met de kathode van de vrijloopdiode (11) is verbonden. ***** c 8? Λ . . * i