NL8503475A

NL8503475A - Oplaadschakeling voor vermogenscondensatoren.

Info

Publication number: NL8503475A
Application number: NL8503475A
Authority: NL
Original assignee: Oce Nederland Bv
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1987-07-16
Also published as: JPS62163569A; US4736149A; EP0226256A1

Description

Uitvinder: J.A. van den Eijnden Océ-Nederland B.V., te Venlo Oplaadsohakeling voor vermogensoondensatoren

De uitvinding betreft een oplaadsohakeling voor vermogenscondensatoren, zoals die bijvoorbeeld voor de spanningsvoorziening van flitslampen in fotokopieerapparaten worden toegepast.

Voor het opladen van de condensator is een gelijk3troombron 5 nodig, die een voldoend hoge uitgangsspanning levert. De op het einde van de oplaadoyclus verkregen spanning op de vermogens condensator moet zo nauwkeurig mogelijk worden ingesteld, opdat een nauwkeurige dosering van de belichting mogelijk wordt. Het opladen moet in een relatief korte tijd worden voltooid. Er moet echter verhinderd wor-10 den, dat de laadstroom in het begin van de oplaadcyclus te groot wordt en aldus leidt tot een defect raken van de toegepaste componenten.

Uit het document US-A-4 325 008 is een oplaadsohakeling bekend, waarbij een als ingangsspanning dienende wisselspanning met behulp 15 van een transformator opgetransformeerd wordt en vervolgens met een gelijkrichtbrug wordt gelijkgericht. Er wordt een naar verhouding ingewikkelde transformator met stroombegrenzingselementen (shunts) toegepast. De transformator bevat verder een hulpwikkeling, die met behulp van een signaal van een stuurschakeling door een TRIAC 20 kortgesloten wordt zodra de condensator de gewenste spanning heeft bereikt. Op deze manier wordt een snelle afschakeling van de laadstroom bij het bereiken van de gewenste spanning gewaarborgd.

Wanneer als uitgangsspanning een gelijkspanning beschikbaar is, dan wordt in de regel de oplaadstroombron als gelijkstroom-omvormer 25 uitgevoerd, bijvoorbeeld een push-pull omzetter welke een transformator bevat, waarvan de primaire wikkelingen met behulp van een geschikte schakeling in tegenfase door de ingangsstroom worden doorlopen. Hierbij moeten hoge eisen aan de stroombelastbaarheid van de omvormer en aan de schakelnauwkeurigheid van de schakeling worden 30 gesteld, opdat een vernieling van de omvormer door kortsluitingen, veroorzaakt door sluit- en openings-onnauwkeurigheden van de schakeling in de primaire stroomkring, wordt verhinderd.

Uit het document US-A-4 307 440 is verder een geregelde gelijkspanningsbron met een twee-traps opbouw bekend, waarbij de o/ xaf V.; / <y ¥ Λ- -2- uitgangsspanning van de eerste trap geregeld en vervolgens door een in serie geschakelde gelijkstroomomvormer opgetransformeerd wordt. De uitgangsspanning van de eerste trap wordt afgenomen van een condensator die met behulp van een pulsvormige laadstroom wordt opgeladen.

5 Het regelen van de spanning wordt bereikt door de duty cycle van de laadstroom te variëren. Bovendien zijn bij deze bekende spanningsbron meerdere beveiling3inrichtingen voor het begrenzen van de inseha-kelstroom aangebracht.

Door de uitvinding, zoals zij in de conclusies wordt gekenmerkt, 10 wordt een met een gelijkspanning als ingangsspanning werkende oplaadschakeling verkregen, die met eenvoudige middelen een nauwkeurige regeling van de laadstroom over een groot regelbereik mogelijk maakt en die bovendien een grote bedrijfszekerheid bezit.

De oplaadschakeling volgens de uitvinding omvat twee achter 15 elkaar geschakelde gelijkstroomomvormers. De eerste omvormer wordt door een regelschakeling gestuurd en levert een geregelde gelijkstroom aan de tweede omvormer die op zijn beurt een laadstroom bij verhoogde spanning aan de vermogenscondensator levert. De laadstroom aan de uitgang van de tweede omvormer is evenredig met de 20 uitgangsetroom van de eerste omvormer. Door de regeling van de uitgangsstroom van de eerste omvormer wordt dus indirect ook de laadstroom geregeld. Aangezien de directe regeling van de stroom aan de uitgang van de eerste omvormer in het gebied van hoge stromen bij lage spanningen wordt uitgevoerd, kunnen veranderingen van de stroom 25 met hoge nauwkeurigheid worden uitgevoerd, zodat de laadstroom precies kan worden geregeld. Hiermee wordt het mogelijk gemaakt, de oplading met betrekking tot de oplaadtijd en met betrekking tot de precieze instelling van de gewenste eindspanning van de vermogenscondensator te optimaliseren, zonder dat aan het begin van de oplading 30 bovenmatig grote etromen optreden. Aan de doorslagspanningsvastheid van de componenten die bij de regeling worden toegepast hoeven slechts geringe eisen te worden gesteld.

Bij voorkeur wordt de eerste gelijkstroomomvormer uitgevoerd met een serieschakeling van een spoel en een door een regelschakeling 35 bediende schakelaar, die de toevoer van de gelijkspanning naar de spoel periodiek onderbreekt. Bij geopende schakelaar wordt de stroomkring met behulp van een diode aan de uitgangskant gesloten, waarbij die diode verbonden is met een punt tussen de schakelaar en * f Λ ? ' »* ξ * =» - -J ^ V “ - * - v -3- spoel. Bij deze uitvoeringsvorm van de omvormer wordt de uitgangsstroom kortstondig door de inductiviteit van de spoel gestabiliseerd, terwijl de eigenlijke stabilisering door de regeling wordt bewerkstelligd.

5 De tweede omvormer is bij voorkeur een push-pull omvormer. Als gevolg van de stabilisering van de stroom treden ook bij kortstondige kortsluitingen tijdens het ompolen van de stroom in de push-pull omvormer geen noemenswaardige stroomverhogingen op. Aan de scha-kelnauwkeurigheid van de pueh-pull omvormer behoeven daarom geen hoge 10 eisen te worden gesteld. Bovendien worden ook stroompieken als gevolg van parasitaire capaciteiten in de push-pull omvormer, bijvoorbeeld in de transformatorwikkellngen, aanzienlijk verminderd. De uitvinding levert aldus een betrouwbare en verliesarme energieoverdracht met behulp van een eenvoudig uitgevoerde push-pull 15 omvormer.

Een meetschakeling voor het opwekken van een terugkoppelings-signaal overeenkomstig de uitgangsstroom van de eerste omvormer, wordt bij voorkeur als transformator uitgevoerd die door de stroom welke door de primaire wikkeling van de push-pull omvormer vloeit, 20 wordt doorlopen. Op deze manier wordt een eenvoudige meting van de 3troom bij lage spanning en zonder galvanische koppeling mogelijk gemaakt.

Hierna wordt een voorkeuruitvoeringsvorm van de uitvinding aan de hand van de tekening nader uiteengezet.

25 De enige Figuur toont een schakelingsschema van de oplaadscha- keling volgens de uitvinding.

De oplaadschakeling voor het opladen van een vermogens condensator 10 omvat een eerste gelijkstroomoravormer 12, een tweede gelijkstroomomvormer 14, een meetschakeling 16 en een regelschakeling 30 18. De eerste omvormer 12 omvat een spoel 20, een schakelaar 22 die door de regelschakeling 18 periodiek geopend en gesloten wordt, en twee dioden 24,26. Een gelijkspanning U0 van bijvoorbeeld 300 V bereikt via schakelaar 22 de spoel 20. Bij gesloten schakelaar 22 neemt de uitgangsstroom I-j van de omvormer 12 met een door de induc-35 tiviteit van de spoel begrensde stijging toe. Bij geopende schakelaar 22 wordt de stroomkring van spoel 20 door de diode 24 gesloten, en de stroom I-j neemt als gevolg van de inductiviteit van de spoel slechts

vv V V t ί J

A.

-4- langzaam af. Door het periodiek openen en sluiten van de schakelaar 22 kan aldus de stroom i-j op een gewenste waarde worden gehouden, die door de met behulp van regelschakeling 18 bestuurde duty cycle van schakelaar 22 wordt ingesteld. Door diode 26 wordt de spanning U-|,die 5 aan de uitgang van de eerste omvormer 12 optreedt, begrensd op de waarde van de ingangsspanning U0.

De tweede omvormer 14 is als push-pull omvormer uitgevoerd en omvat vier paarsgewijs parallel geschakelde schakelaars 28,30,32,34, een transformator 36, waarvan de primaire wikkeling met de schakelaars 10 28-34 een brugschakeling vormt, en een met de secundaire wikkeling van de transformator verbonden gelijkrichtbrug 38. De schakelaars 28 en 30 zijn met elkaar gekoppeld en worden steeds gelijktijdig geopend en gesloten. De schakelaars 32 en 34 zijn op overeenkomstige wijze met elkaar gekoppeld en worden in tegenfase met de schakelaars 28,30 15 geopend en gesloten. Op deze wijze wordt de door de primaire wikkeling van transformator 36 vloeiende stroom I-j periodiek orage-poold. De in de secundaire wikkeling van de transformator 36 geïnduceerde stroom wordt in de gelijkrichtbrug 38 gelijkgericht en bereikt als laadstroom I2 de condensator 10. De uitgangsspanning U2 20 van de omvormer 14 bedraagt een veelvoud van de ingangsspanning U-| en wordt door een niet weergegeven besturingsinrichting op een maximale waarde van bijvoorbeeld 4 kV begrensd.

De meetschakeling 16 omvat een transformator 40 waarvan de primaire wikkeling in serie met de primaire wikkeling van de transfor-25 mator 36 is geschakeld en een met de secundaire wikkeling van transformator 40 verbonden gelijkrichtbrug 42. De gelijkrichtbrug 42 levert aan de regelschakeling 18 een terugkop-pelsignaal S welk evenredig is met de uitgangsstroom I-| van de eerste omvormer 12. De stroom Ι·| wordt door regelschakeling 18 via de scha-30 kelaar 22 in overeenstemming met het terugkoppelsignaal S geregeld.

De schakelaars 22 en 28 - 34 zijn als electronische schakelaars uitgevoerd. Een niet weergegeven regelschakeling voor de schakelaars 28 - 34 is met de regelschakeling 18 via een frequentiedelerschakeling verbonden, zodat het schakelmoment van de 35 omvormer 14 met het schakelmoment van schakelaar 22 gesynchroniseerd is. De schakelfrequenties verhouden zich als 2:1. Wanneer de scha-kelfrequentie van schakelaar 22 bijvoorbeeld f = 66 kHz bedraagt, dan -•5 ^ ^ % A *7 λ 4 v y <3 3 -5- is de frequentie van schakelaars 28 - 34 f = 33 kHz. Door het synchroniseren van de schakelmomenten worden storingen door ongelijkmatige overlappingen van de schakelmomenten vermeden, en wordt de signaalbeoordeling bij het testen van de oplaadschakeling vereen-5 voudigd.

Wanneer de condensator 10 de gewenste spanning heeft bereikt, worden schakelaar 22 en alle schakelaars van de omvormer 14 tegelijkertijd geopend, zodat de laadstroom l£ ogenblikkelijk wordt onderbroken.

3 ~ ~ j'. 7 3 'ó * v *-* ·> J ^

Claims

1. Oplaadschakeling voor vermogenscondensatoren, in het bijzonder voor de spanningsvoorziening van flitslampen, met een hoogspanningsgelijkstroombron (12,14) en een inrichting ¢16,18) voor het begrenzen van de stroom, met het kenmerk, dat de gelijkstroombron 5 wordt gevormd door een eerste gelijkstroom-omvormer (12) met veranderbare uitgangsstroom (I-j) en een hiermee in serie geschakelde tweede gelijkstroom-omvormer (14) voor het optransformeren van de spanning en dat de inrichting voor het begrenzen van de stroom een meetschakeling (16) omvat voor het bepalen van de uitgangsstroom (11) 10 van de eerste omvormer en een regelschakeling (18) voor het regelen van de uitgangsstroom van de eerste omvormer (12).

2. Oplaadschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat, de eerste omvormer (12) een spoel (20) omvat, een met de spoel in serie geschakelde, door de regelschakeling (18) bediende schakelaar (22) die 15 de toevoer van gelijkspanning (U0) naar de spoel periodiek onderbreekt, en een diode (24) welke verbonden is met een punt tussen de schakelaar (22) en de spoel (20) en samen met de spoel en de tweede omvormer (14) een gesloten stroomkring vormt.

3. Oplaadschakeling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, 20 dat de tweede gelijkstroom-omvormer (14) een push-pull omvormer is.

4. Oplaadschakeling volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat de schakelfrequentie van de push-pull omvormer (14) de helft van de scha-kelfrequentie van de schakelaar (22) van de eerste omvormer (12) is en dat de schakelmomenten met elkaar zijn gesynchroniseerd. 25

5. Oplaadschakeling volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de meetschakeling een transformator (40) omvat, welke door de door de primaire wikkeling van de push-pull omvormer (14) vloeiende stroom wordt doorlopen. Ώ 5 " Λ 7 Λ