NL8601241A

NL8601241A - Voedingsschakeling.

Info

Publication number: NL8601241A
Application number: NL8601241A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1987-12-01
Also published as: ATE66323T1; CA1271220A; DE3772110D1; JPS62268388A; CN1008862B; JP2664678B2; US4768142A; EP0249259B1; CN87103527A; EP0249259A1

Description

*·' Λ ?ΗΝ 11.752 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Voedingsschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een voedingsschakeling voor het voeden van een belasting bevattende tussen twee ingangsklemmen voor het aansluiten van een ingangsspanning een gelijkrichter, een eerste condensator met aansluitklemmen voor het aansluiten van de 5 belasting en een van een stuurelektrode voorziene eerste transistorschakelaar en voorts bevattende een tweede transistorschakelaar voor het afschakelen van de eerste transistorschakelaar boven een bepaalde waarde van de gelijkgerichte ingangsspanning.

10 Een dergelijke schakeling is geschikt voor het voeden van een belasting uit verschillende ingangsspanningen. Een dergelijke schakeling is in het bijzonder geschikt om te worden toegepast in een scheerapparaat, waarin de schakeling wordt gebruikt voor het voeden van de motor. Het scheerapparaat kan daarmee zonder aanpassing of 15 omschakeling bij de in de verschillende landen aanwezige netspanningen worden gebruikt.

Een dergelijke schakeling is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.001.668. De eerste condensator wordt daarbij op een gemiddeld constante spanning gehouden, doordat zowel tijdens de opgaande 20 en de neergaande flank van de gelijkgerichte ingangsspanning de eerste condensator telkens wordt bijgeladen tot de door de tweede transistorschakelaar vastgelegde waarde van de gelijkgerichte ingangsspanning. Een bezwaar van deze schakeling is, dat deze relatief veel stoorstraling genereert. Dit wordt veroorzaakt, doordat tijdens de 25 neergaande flank van de gelijkgerichte ingangsspanning de eerste transistorschakelaar wordt ingeschakeld bij de door de tweede transistorschakelaar vastgelegde waarde van de ingangsspanning, terwijl de spanning over de eerste condensator op dat moment lager is dan deze waarde. Hierdoor wordt de eerste condensator met een relatief grote 30 laadstroom opgeladen, zodat de spanning over deze condensator sprongsgewijze toeneemt tot de door de tweede transistorschakelaar \ vastgelegde waarde van der gelijkgerichte ingangsspanning.

8601241 i « * PHN 11.752 2

Het is dan ook het doel van de uitvinding een voedingsschakeling aan te geven, die nagenoeg geen stoorstraling veroorzaakt. Een voedingsschakeling van een in de aanhef genoemde soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de stuurelektrode van de 5 eerste transistorschakelaar door middel van een tweede condensator met de ene ingangsklem en door middel van ten minste een diode met de andere ingangsklem is gekoppeld. Tijdens de opgaande flanken van de ingangsspanning wordt de eerste transistorschakelaar door de laadstroom van de tweede condensator in geleiding gestuurd, terwijl tijdens de 10 neergaande flanken de tweede condensator via de diode wordt ontladen, waardoor de eerste transistorschakelaar uit geleiding wordt gehouden. De eerste condensator wordt hierdoor alleen tijdens de opgaande flanken van de gelijkgerichte ingangsspanning opgeladen. De spanning over de eerste condensator volgt dan de geleidelijke toename van de ingangsspanning, 15 waardoor het optreden van stoorstraling wordt voorkomen. Bovendien wordt door de tweede condensator een vermindering ten opzichte van bekende schakeling van de dissipatie in de stuurketen van de eerste transistorschakelaar verkregen.

Een eerste uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling 20 volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de schakeling is voorzien van eerste protectiemiddelen voor het afschakelen van de eerste transistorschakelaar boven een bepaalde stroom door de belasting. Door de eerste protectiemiddelen wordt bij het optreden van bijvoorbeeld een kortsluiting van de belasting de eerste transistorschakelaar 25 afgeschakeld om beschadiging hiervan door een te grote stroom te voorkomen. Deze eerste protectiemiddelen kunnen nader worden gekenmerkt, doordat deze worden gevormd door een in serie met de belasting geschakelde weerstand, die door middel van ten minste een eerste referentiespanningselement met de stuurelektrode van de tweede 30 transistorschakelaar is gekoppeld.

Een tweede uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de schakeling is voorzien van tweede protectiemiddelen voor het afschakelen van de eerste transistorschakelaar boven een bepaalde stroom door de eerste 35 condensator. Door de tweede protectiemiddelen wordt voorkomen, dat bij het inschakelen van de voedingsschakeling bij een hoge momentane waarde van de gelijkgerichte ingangsspanning en bij het optreden van 8601241

•r A

PHH 11.752 3 spanningspieken de eerste transistorschakelaar door een te grote laadstroom wordt beschadigd. Deze tweede protectiemiddelen kunnen volgens een verdere uitvoeringsvorm nader worden gekenmerkt, doordat deze worden gevormd door een in serie met de eerste transistorschakelaar 5 geschakelde weerstand, die door middel van ten minste een diode met de stuurelektrode van de tweede transistorschakelaar is gekoppeld.

Een derde uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de schakeling is voorzien van een korrektie-inrichting voor het bij toenemende 10 belastingsstroom verhogen van de waarde van de gelijkgerichte ingangsspanning, waarboven de tweede transistorschakelaar de eerste transistorschakelaar afschakelt. Door de korrektie-inrichting wordt bij toenemende belastingsstroom de eerste condensator tot een steeds hogere spanning opgeladen teneinde de gemiddelde spanning hierover en dus over 15 de belasting toe te laten nemen.

Indien de stuurelektrode van de tweede transistor door middel van een serieschakeling van ten minste een zenerdiode en een weerstand met een uitgang van de gelijkrichter is gekoppeld, dan kan de korrektie-inrichting volgens een nadere uitvoeringsvorm worden gevormd 20 door een transistor, waarvan de basis en de emitter zijn verbonden met de uiteinden van een in serie met de belasting geschakelde weerstand en waarvan de kollektor is verbonden met het verbindingspunt van de zenerdiode en de weerstand in de serieschakeling tussen de stuurelektrode van de tweede transistorschakelaar en de uitgang van de 25 gelijkrichter. Een verdere uitvoeringsvorm hiervan kan worden gekenmerkt, doordat de korrektie-inrichting is voorzien van begrenzingsmiddelen voor het boven een bepaalde belastingsstroom begrenzen van de korrektie van de korrektieschakeling.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van 30 bijgaande tekening, waarin figuur 1 het principe-schema van een voedingsschakeling volgens de uitvinding weergeeft, figuur 2 enige spanningskarakteristieken ter verklaring van de werking van de schakeling van figuur 1 weergeeft, 35 figuur 3 een eerste uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling volgens de uitvinding weergeeft, figuur 4 een tweede uitvoeringsvorm van een 8601241 ' i * PHN 11.752 4 voedingsschakeling volgens de uitvinding weergeeft, en figuur 5 een derde uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling volgens de uitvinding weergeeft.

In figuur 1 is het principe-schema van een 5 voedingsschakeling volgens de uitvinding weergegeven. De schakeling bevat tussen twee ingangsklemmen 2 en 3 voor het aansluiten van de netspanning de serieschakeling van een weerstand , een gelijkrichter die in dit voorbeeld wordt gevormd door een diode D-j, een eerste condensator C1 met aansluitklemmen 4 en 5 voor het aansluiten van een 10 belasting, die in dit voorbeeld wordt gevormd door een motor van bijvoorbeeld een scheerapparaat en een eerste transistorschakelaar, die in dit voorbeeld wordt gevormd door een enkelvoudige transistor T^. De stuurelektrode van deze transistor is door middel van de serieschakeling van een weerstand R2 en een condensator C2 met de 15 anode van gelijkrichter D^ verbonden. Het verbindingspunt van weerstand R2 en condensator C2 is door middel van een zenerdiode met de ingangsklem 3 verbonden. De schakeling bevat verder een tweede transistorschakelaar, die in dit voorbeeld wordt gevormd door een transistor T2t waarvan de kollektor-emitterweg parallel aan de basis-20 emitterovergang van transistor is geschakeld en waarvan de stuurelektrode door middel van de serieschakeling van een zenerdiode Z2 en een weerstand R3 met de kathode van de gelijkrichter D^ is verbonden.

De werking van de schakeling wordt nader toegelicht aan 25 de hand van figuur 2, waarin het verloop van de spanning op enige punten in de schakeling is weergegeven. De tussen de ingangsklemmen 2 en 3 aangelegde sinusvormige netspanning Vj_ is in figuur 2 gestippeld weergegeven. Tijdens de opgaande flank in het tijdsinterval 0-t2 van deze netspanning wordt condensator C2 geladen, waarbij de laadstroom 30 vanaf ingangsklem 2 via weerstand R^, condensator C2, weerstand R2 en de basis-emitterovergang van transistor naar ingangsklem 3 vloeit. De basisstroom van transistor T^ wordt daarbij begrensd door de weerstand R2 en door zenerdiode Z-j, die boven een bepaalde waarde van de spanning over deze weerstand geleidend wordt en de laadstroom dan 35 rechtstreeks naar ingangsklem 3 afvoert. In de kollektorleiding van transistor vloeit in eerste aanleg nog geen stroom, omdat gelijkrichterdiode D-j gesperd is ten gevolge van de nog over 860 1 24 1 * * PHN 11.752 5 condensator C-j aanwezige spanning. In deze tijd wordt condensator C-j ontladen door de belasting M. Op het tijdstip t1 wordt de momentane waarde van de netspanning groter dan de spanning Um^n over condensator C.J, waardoor gelijkrichterdiode geleidend wordt. Hierdoor wordt 5 condensator C1 geladen, waarbij de laadstroom vanaf ingangsklem 2 via weerstand R.j, diode , condensator en de kollektor-emitterweg van transistor naar ingangsklem 3 vloeit. De laadstroom wordt daarbij begrensd door weerstand R-j. De spanning over condensator neemt daarbij toe overeenkomstig de toename van de netspanning V^. Op 10 het tijdstip t2 bij een momentane waarde U2 van de gelijkgerichte ingangsspanning wordt zenerdiode Z2 en ook transistor T2 in geleiding gestuurd. Hierdoor wordt transistor afgeschakeld en dientengevolge condensator C-j niet verder opgeladen, zodat de maximale spanning hierover gelijk is aan de spanning U2. Transistor T2 blijft 15 in geleiding totdat op het tijdstip t^ de momentane waarde van de gelijkgerichte ingangsspanning kleiner dan de spanning U2 wordt.

Daarbij wordt in het tijdinterval t2-t3 condensator C2 opgeladen tot· de topwaarde van de ingangsspanning, waarbij de laadstroom door de kollektor-emitterweg van transistor T2 vloeit. Tijdens de neergaande 20 flank van de netspanning in het tijdsinterval t3-tg wordt condensator C2 via de dan als diode werkende zenerdiode volledig ontladen, waardoor voorkomen wordt dat transistor T1 in geleiding kan komen. Transistor T1 wordt weer in geleiding gestuurd indien tijdens de volgende opgaande flank de momentane waarde van de netspanning weer 25 groter wordt dan de condensatorspanning ü-j. Op bovenbeschreven wijze wordt bij konstante belasting de gemiddelde waarde üc1 van de spanning over condensator C-j constant gehouden. De werking van de s'chakeling is daarbij over een groot bereik onafhankelijk van de amplitude van de netspanning.

30 In figuur 3 is een eerste uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling volgens de uitvinding weergegeven, waarbij gelijke onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 zijn aangegeven. Bij deze uitvoeringsvorm is in serie met de belasting M een weerstand R^ geschakeld, waarbij het verbindingspunt van deze 35 weerstand R^ en belasting M via de serieschakeling van een zenerdiode Z3 en een weerstand Rg met de stuurelektrode van transistor T2 is verbonden. Deze additionele elementen vormen de eerste 8601241 PHN 11.752 6 protectiemiddelen, die de voedingsschakeling afschakelen bij het optreden van bijvoorbeeld een kortsluiting van de motor of bij het blokkeren van de motor. Boven een bepaalde waarde van de stroom door de belasting en dus boven een bepaalde waarde van de spanning over 5 weerstand R4 wordt zenerdiode Z3 geleidend, waardoor transistor T2 wordt ingeschakeld en dientengevolge transistor afgeschakeld. Weerstand R5 begrenst in dat geval de basisstroom van transistor Ï2· De protectiemiddelen hebben bij het normale bedrijf van de schakeling nog een verder voordeel. Indien transistor T2 namelijk 10 transistor T-| afgeschakelt, neemt de kollektorspanning hiervan toe.

Deze toename wordt via weerstand R4, zenerdiode Z3 en weerstand Rg aan de basis van transistor T2 doorgegeven, zodat een meekoppeleffect optreedt waardoor transistor zeer snel wordt afgeschakeld.

Bij deze uitvoeringsvorm is voorts tussen de 15 ingangsklemmen 2 en 3 een negatieve spanningsafhankelijke weerstand Rg geschakeld, die de ingangsspanning tot bijvoorbeeld 600 V begrenst.

In figuur 4 is een tweede uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling volgens de uitvinding weergegeven, waarbij gelijke onderdelen met dezelfde verwijzingsdijfers als in figuur 3 zijn 20 aangegeven. In de emmitterleiding van transistor T-j is bij deze uitvoeringsvorm een weerstand Rg opgenomen en is de emmitter van transistor T-j verder via de serieschakeling van weerstand Rg en een diode D2 met de basis van transistor T2 verbonden. Deze elementen vormen de tweede protectiemiddelen, die de voedingsschakeling 25 afschakelen bij het optreden van een te grote laadstroom door transistor Tj. Wordt de voedingsschakeling bijvoorbeeld ingeschakeld op het moment dat de netspanning zijn maximale waarde heeft, dan wordt transistor Tj via condensator C2 snel ingeschakeld. Condensator C1 is op dat moment nog ongeladen, zodat er een zeer grote laadstroom door 30 transistor T-j zal vloeien, die alleen begrensd wordt door weerstand R^. Transistor Tj wordt nu beveiligd, doordat boven een bepaalde stroom de spanning over weerstand Rg zo groot wordt, dat via weerstand Rg en diode D2 transistor T2 wordt ingeschakeld en dientengevolge-transistor T-j uitgeschakeld. Weerstand Rg begrenst daarbij de 35 basisstroom van transistor T2.

In figuur 5 is een derde uitvoeringsvorm van een . voedingsschakeling volgens de uitvinding weergegeven, waarbij gelijke 8601241 PHN 11.752 7 onderdelen met dezelfde verwijzingscijfer als in figuur 4 zijn weergegeven. Bij toenemende belasting van de motor M wordt condensator C.j steeds verder ontladen, waardoor de gemiddelde spanning hierover afneemt. Hierdoor neemt het toerental van de motor af. Om bij toenemende 5 belasting het toerental van de motor zo constant mogelijk te houden, dient de gemiddelde spanning over condensator bij toenemende belasting ook toe te nemen. De voedingsschakeling is hiertoe voorzien van een korrektieschakeling, die wordt gevormd door een transistor T3, waarvan de basis-emmitterovergang in serie met een weerstand R^q 10 parallel aan de weerstand R4 is geschakeld en waarvan de kollektor via een weerstand met de kathode van gelijkrichterdiode D1 is verbonden. De serieschakeling van zenerdiode Z2 en weerstand R3 is daarbij verbonden met de kollektor van transistor T3. De werking van de korrektieschakeling is als volgt. Bij toenemende motorstroom en dus 15 toenemende spanning over weerstand R4 wordt transistor T3 steeds verder in geleiding gestuurd, waardoor de spanning over weerstand R^ steeds verder toeneemt. Hierdoor neemt de spanning over de serieschakeling van weerstand R^, zenerdiode Z2 en de basis-emitterovergang van transistor T2 af, zodat deze zenerdiode Z2 en 20 transistor T2 pas bij een steeds hogere momentane waarde van de ingangsspanning in geleiding komen. Dientengevolge wordt transistor T-j bij een steeds hogere momentane waarde van de ingangsspanning afgeschakeld, zodat bij toenemende belastingsstroom condensator C-j tot een steeds hogere spanning wordt opgeladen. Parallel aan de weerstand 25 R.j.j is een zenerdiode Z4 opgenomen, die boven een bepaalde belastingsstroom de spanning over weerstand R^ begrenst. Hierdoor wordt voorkomen, dat bij toenemende belastingsstroom de spanning over condensator C-j boven de maximaal toelaatbare motorspanning komt.

De uitvinding is niet beperkt tot de getoonde 30 uitvoeringsvoorbeelden, maar binnen het kader van de uitvinding zijn voor de vakman veel variaties mogelijk. Zo kunnen de eerste en de tweede transistorschakelaar ook door darlington-transistors of andere samengestelde transistors gevormd worden. De transistors kunnen in plaats van door bipolaire ook door veldeffekttransistors gevormd worden, 35 waarbij dan in de aanvrage voor basis, kollektor en emitter respectievelijk gate, source en drain gelezen dient te worden. Zo kan verder zenerdiode Z1 vervangen worden door één of meer in 8601241 * PHN 11.752 8 serie geschakelde diodes. De eerste en tweede protectiemiddelen kunnen ook op andere dan de getoonde wijze worden gevormd, waarbij in het bijzonder de stroommeetweerstanden voor het meten van respectievelijk de belastingsstroom en de laadstroom op andere punten in de schakeling 5 kunnen worden aangebracht. Verder kan de transistor in de korrektieschakeling door elke andere versterkerschakeling worden vervangen. Tenslotte wordt opgemerkt, dat de gelijkrichter ook door een twee weggelijkrichter en een bruggelijkrichter kan worden gevormd.

8601241

Claims

1. Voedingsschakeling voor het voeden van een belasting bevattende tussen twee ingangsklemmen voor het aansluiten van een ingangsspanning een gelijkrichter, een eerste condensator met aansluitklemmen voor het aansluiten van de belasting en een van een 5 stuurelektrode voorziene eerste transistorschakelaar en voorts bevattende een tweede transistorschakelaar voor het afschakelen van de eerste transistorschakelaar boven een bepaalde waarde van de gelijkgerichte ingangsspanning, met het kenmerk, dat de stuurelektrode van de eerste transistorschakelaar door middel van een tweede 10 condensator met de ene ingangsklem en door middel van ten minste een diode met de andere ingangsklem is gekoppeld.

2. Voedingsschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de diode een zenerdiode is.

3. Voedingsschakeling volgens conclusie 1 of 2, met het 15 kenmerk, dat in serie met de tweede condensator een weerstand is geschakeld.

4. Voedingsschakeling volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de schakeling is voorzien van eerste proteetiemiddelen voor het afschakelen van de eerste transistorschakelaar boven een bepaalde 20 stroom door de belasting.

5. Voedingsschakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de eerste proteetiemiddelen worden gevormd door een in serie met de belasting geschakelde weerstand, die door middel van ten minste een eerste referentiespanningselement met de stuurelektrode van de tweede 25 transistorschakelaar is gekoppeld.

6. Voedingsschakeling volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat in serie met het eerste referentiespanningselement een weerstand is geschakeld.

7. Voedingsschakeling volgens conclusie 5 of 6, met het 30 kenmerk, dat het tweede referentiespanningselement wordt gevormd door een zenerdiode.

8. Voedingsschakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de schakeling is voorzien van tweede proteetiemiddelen voor het afschakelen van de eerste 35 transistorschakelaar boven een bepaalde stroom door de eerste condensator.

9. Voedingsschakeling volgens conclusie 8, met het kenmerk, 8601241 ’ PHN 11.752 10 w > dat de tweede protectiemiddelen worden gevormd door een in serie met de eerste transistorschakelaar geschakelde weerstand, die door middel van ten minste een diode met de stuurelektrode van de tweede transistorschakelaar is gekoppeld.

10. Voedingsschakeling volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat in serie met de diode een weerstand is geschakeld.

11. Voedingsschakeling volgens één der voorgaande . conclusies, met het kenmerk, dat de schakeling is voorzien van een korrektie-inrichting voor het bij toenemende belastingsstroom verhogen 10 van de waarde van de gelijkgerichte ingangsspanning, waarboven de tweede transistorschakelaar de eerste transistorschakelaar afschakelt.

12. Voedingsschakeling volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de stuurelektrode van de tweede transistorschakelaar door middel van een serieschakeling van ten minste een zenerdiode en een weerstand met 15 een uitgang van de gelijkrichter is gekoppeld en dat de korrektie-inrichting wordt gevormd door een transistor, waarvan de basis en emitter zijn verbonden met de uiteinden van een in serie met de belasting geschakelde weerstand en waarvan de kollektor is verbonden met het verbindingspunt van de zenerdiode en de weerstand in de 20 serieschakeling tussen de stuurelektrode van de tweede transistorschakelaar en de uitgang van de gelijkgerichter.

13. Voedingsschakeling volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat de korrektie-inrichting is voorzien van begrenzingsmiddelen voor het boven een bepaalde belastingsstroom begrenzen van de korrektie 25 van de korrektieschakeling.

14. Voedingsschakeling volgens conclusie 13 wanneer afhankelijk van conclusie 12, met het kenmerk, dat tussen de kollektor van de transistor en de uitgang van de gelijkgerichter een zenerdiode is geschakeld.

15. Scheerapparaat met een motor, met het kenmerk, dat dit is voorzien van een voedingsschakeling volgens één der voorgaande conclusies waarbij de belasting wordt gevormd door de motor van het scheerapparaat. 8601241