NL9300306A

NL9300306A - Device for transforming an input voltage into a desired a.c. output voltage

Info

Publication number: NL9300306A
Application number: NL9300306A
Authority: NL
Original assignee: Victron B V
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-09-16

Abstract

A device for transforming an input voltage into a desired a.c. output voltage is provided with a transformer, in particular a toroidal-core transformer (annular-core transformer, toroidal transformer), with a transformer core and primary and secondary windings disposed on the transformer core. An electronic circuit to which the input voltage is connected supplies such a signal to the primary winding(s), that the desired output voltage is obtained on the secondary winding(s). The electronic circuit has a control input to influence the signal supplied to the primary winding. A control circuit comprises a measuring element to measure the action of the transformer, the control circuit feeding a control signal to the control input of the electronic circuit if the measuring element indicates an imbalance in the transformer, so that the transformer is brought into a balanced state via an adjustment of the signal supplied to the primary winding. The measuring element is designed as a sensor for detecting the magnetic field in the transformer.

Description

Inrichting voor het ontvormen van een ingangsspanning in een gewenste uitgangswisselspanningDevice for deforming an input voltage into a desired output AC voltage

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het omvormen van een ingangsspanning in een gewenste uitgangswisselspanning, voorzien van een transformator, in het bijzonder een ringkerntransformator, met een transformatorkera en op de transformatorkern aangebrachte primaire en secundaire wikkelingen, een elektronische schakeling waarop de ingangsspanning is aangesloten en die een zodanig signaal aan de primaire wikkeling(en) levert, dat de gewenste uitgangsspan-ning op de secundaire wikkeling(en) wordt verkregen, welke elektronische schakeling een besturingsingang heeft voor het beïnvloeden van het aan de primaire wikkeling geleverde signaal, en een besturingsschakeling met een meetorgaan voor het meten van de werking van de transformator, welke besturingsschakeling een regelsignaal aan de besturingsingang van de elektronische schakeling levert indien het meetorgaan een onbalans in de transformator aangeeft, zodanig dat de transformator door aanpassing van het aan de primaire wikkeling geleverde signaal in balans wordt gebracht.The invention relates to a device for converting an input voltage into a desired output AC voltage, provided with a transformer, in particular a toroidal transformer, with a transformer core and primary and secondary windings arranged on the transformer core, an electronic circuit to which the input voltage is connected and supplying a signal to the primary winding (s) such that the desired output voltage is obtained on the secondary winding (s), the electronic circuit having a control input for influencing the signal supplied to the primary winding, and a control circuit with a measuring device for measuring the operation of the transformer, which control circuit supplies a control signal to the control input of the electronic circuit if the measuring device indicates an imbalance in the transformer, such that the transformer adapts it to the primary w The signal supplied only is balanced.

Bij een bekende inrichting van deze soort is het meetorgaan uitgevoerd als een differentiaalstroomtransforma-tor, waardoor de bekende inrichting relatief duur is. Bovendien is een dergelijke differentiaalstroomtransformator betrekkelijk volumineus, zodat het meetorgaan veel ruimte in beslag neemt.In a known device of this type, the measuring member is designed as a differential current transformer, so that the known device is relatively expensive. Moreover, such a differential current transformer is relatively bulky, so that the measuring device takes up a lot of space.

De uitvinding beoogt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij deze bezwaren op eenvoudige wijze zijn ondervangen.The object of the invention is to provide a device of the type mentioned in the preamble, wherein these drawbacks are obviated in a simple manner.

Hiertoe heeft de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat het meetorgaan is uitgevoerd als een sensor voor het detecteren van het magnetische veld in de transformator.To this end, the device according to the invention is characterized in that the measuring member is designed as a sensor for detecting the magnetic field in the transformer.

Op deze wijze wordt een inrichting verkregen, die tegen lagere kosten kan worden vervaardigd en waarbij het meetorgaan slechts weinig ruimte in beslag neemt. De uitvinding berust op het inzicht, dat het al dan niet in balans zijn van de transformator tijdens bedrijf eenvoudig kan worden gedetecteerd door een sensor die het magnetische veld in de transformatorkern meet. Indien de transformator in onbalans raakt ten gevolge van kleine gelijksspanningscomponenten in het aan de primaire wikkeling geleverde signaal of een asymmetrie in de belasting van de secundaire wikkeling, zal het magnetische veld en bijgevolg de magnetische flux in de transformatorkern niet meer gemiddeld nul zijn. De sensor levert een signaal dat een functie is van de magnetische flux in de transformatorkern. De besturingsschakeling levert in afhankelijkheid van dit sensorsignaal een zodanig regelsignaal aan de elektronische schakeling, dat de transformator weer in balans wordt gebracht.In this way a device is obtained which can be manufactured at a lower cost and in which the measuring member takes up only little space. The invention is based on the insight that the balance or unbalance of the transformer during operation can be easily detected by a sensor that measures the magnetic field in the transformer core. If the transformer becomes unbalanced due to small DC components in the signal supplied to the primary winding or an asymmetry in the load of the secondary winding, the magnetic field and consequently the magnetic flux in the transformer core will no longer be zero on average. The sensor provides a signal that is a function of the magnetic flux in the transformer core. Depending on this sensor signal, the control circuit supplies such a control signal to the electronic circuit that the transformer is brought back into balance.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld sterk schematisch is weergegeven.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment is shown diagrammatically.

Fig. l toont een sterk vereenvoudigd blokschema van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.Fig. 1 shows a highly simplified block diagram of an embodiment of the device according to the invention.

Fig. 2 toont in perspectief een ringkern van een transformator volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding.Fig. 2 shows in perspective a toroidal core of a transformer according to a first embodiment of the invention.

Fig. 3 toont in perspectief een ringkern van een transformator volgens een tweede uitvoering van de uitvinding.Fig. 3 shows in perspective a toroidal core of a transformer according to a second embodiment of the invention.

In fig. 1 is een inrichting voor het omvormen van een ingangsspanning U± in een gewenste uitgangswisselspanning UQ weergegeven. Een dergelijke inrichting kan bijvoorbeeld een accuspanning omvormen in een blok- of sinusvormige wisselspanning.Fig. 1 shows a device for converting an input voltage U ± into a desired output alternating voltage UQ. Such a device can, for example, convert a battery voltage into a block or sinusoidal alternating voltage.

De inrichting is voorzien van een ringkerntransforma-tor 1 met een in fig. 2 weergegeven ringkern 2. Op de ringkern 2 zijn een primaire wikkeling 3 en een secundaire wikkeling 4 aangebracht. De ingangsspanning IL wordt toegevoerd aan een op zichzelf bekende elektronische schakeling 5 die een zodanig signaal aan de primaire wikkeling 3 levert, dat op de secundaire wikkeling 4 de gewenste uitgangswisselspanning UQ verschijnt. In geval van een accuspanning omvat de elektronische schakeling 5 bijvoorbeeld twee schakelaars die de uiteinden van de primaire wikkeling verbinden met de negatieve accuklem, terwijl een middenaftakking van de primaire wikkeling met de positieve accuklem is verbonden. De schakeling 5 sluit dan de schakelaars afwisselend, zodat op de secundaire zijde een wisselspanning verschijnt. Uiteraard is het mogelijk de uitgangs- spanning U0 van de secundaire wikkeling 4 nog aan een signaalbewerking te onderwerpen.The device is provided with a toroidal transformer 1 with a toroidal core 2 shown in Fig. 2. On the toroidal core 2 a primary winding 3 and a secondary winding 4 are arranged. The input voltage IL is applied to an electronic circuit 5 known per se which supplies a signal to the primary winding 3 such that the desired output AC voltage UQ appears on the secondary winding 4. For example, in the case of a battery voltage, the electronic circuit 5 includes two switches connecting the ends of the primary winding to the negative battery terminal, while a center tap of the primary winding is connected to the positive battery terminal. The circuit 5 then closes the switches alternately, so that an alternating voltage appears on the secondary side. It is of course possible to subject the output voltage U0 of the secondary winding 4 to a signal processing.

De beschreven inrichting is voorzien van een sensor 6 voor het detecteren van het magnetische veld in de transformator 1, welke sensor volgens het in fig. 2 weergegeven uitvoe-ringsvoorbeeld is gemonteerd in een uitsparing 7 van de ring-kern 2. De sensor 6 is aangesloten op een besturingsschakeling 8, die een bandfiltertrap voor het verwijderen van eventuele gelijksspanningscomponenten en hoog frequente componenten in het sensorsignaal omvat. Het sensorsignaal wordt voorts in de besturingsschakeling 8 versterkt en tenslotte wordt de absolute waarde van het sensorsignaal bepaald. Het aldus verkregen uitgangssignaal wordt toegevoerd aan een besturingsingang van de elektronische schakeling 5. Dit regelsignaal op de besturingsingang van de schakeling 5 beïnvloedt het aan de primaire wikkeling 3 geleverde signaal.The described device is provided with a sensor 6 for detecting the magnetic field in the transformer 1, which sensor is mounted in a recess 7 of the ring core 2 according to the exemplary embodiment shown in Fig. 2. The sensor 6 is connected to a control circuit 8, which includes a band filter stage for removing any DC and high frequency components in the sensor signal. The sensor signal is further amplified in the control circuit 8 and finally the absolute value of the sensor signal is determined. The output signal thus obtained is applied to a control input of the electronic circuit 5. This control signal on the control input of the circuit 5 influences the signal supplied to the primary winding 3.

Indien de transformator 1 door bijvoorbeeld een ge-lijksspanningscomponent in het aan de primaire wikkeling 3 aangeboden signaal of een asymmetrie in de belasting van de secundaire wikkeling 4 in onbalans is, zal de transformator-kern in magnetische zin naar één zijde verder worden uitgestuurd dan naar de andere zijde. De piekwaarde van de absolute waarde van het signaal van de sensor 6 wordt in overeenstemming hiermee aan de ene zijde hoger dan aan de andere zijde, zodat op de besturingsingang van de schakeling 5 een regelsignaal optreedt, waardoor de schakeling 5 het aan de primaire wikkeling 3 geleverde signaal zodanig aanpast dat de gemiddelde magnetische flux weer nul wordt. Op deze wijze wordt een akoestisch geluid van de transformator ten gevolge van onbalans doeltreffend onderdrukt.If the transformer 1 is unbalanced by, for example, a DC voltage component in the signal applied to the primary winding 3 or an asymmetry in the load of the secondary winding 4, the transformer core will be driven to one side further in a magnetic sense than to the other side. Accordingly, the peak value of the absolute value of the signal from the sensor 6 becomes higher on one side than on the other side, so that a control signal occurs at the control input of the circuit 5, as a result of which the circuit 5 passes to the primary winding 3 adjusts the supplied signal so that the average magnetic flux returns to zero. In this way, an acoustic noise from the transformer due to imbalance is effectively suppressed.

De sensor 5 kan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als een Hall-sensor of een miniatuurspoel.The sensor 5 can for instance be designed as a Hall sensor or a miniature coil.

In fig. 3 is een alternatieve uitvoering van de ring-kern 2 weergegeven, waarbij om de ringkern 2 een band 9 van ferromagnetisch materiaal is aangebracht. Deze band 9 heeft aan de uiteinden flenzen 10 die een ruimte 11 voor het opnemen van de sensor 6 insluiten.Fig. 3 shows an alternative embodiment of the ring core 2, in which a band 9 of ferromagnetic material is arranged around the ring core 2. This band 9 has flanges 10 at the ends which enclose a space 11 for receiving the sensor 6.

Als alternatief is het ook mogelijk de sensor 6 in de onmiddellijke nabijheid van de ringkern 2 of een in deze ringkern aangebrachte opening aan te brengen.Alternatively, it is also possible to arrange the sensor 6 in the immediate vicinity of the toroidal core 2 or an opening arranged in this toroidal core.

De sensor 6 kan zijn uitgevoerd als een Hall-sensor, een magnetoresistieve opnemer of een miniatuurspoel.The sensor 6 can be designed as a Hall sensor, a magnetoresistive sensor or a miniature coil.

In een alternatieve uitvoeringsvorm kan de sensor 6 ook zijn uitgevoerd als een microfoon die direct het akoestisch geluid van de transformator detecteert.In an alternative embodiment, the sensor 6 can also be designed as a microphone that directly detects the acoustic sound of the transformer.

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeelden, die binnen het kader der uitvinding op verschillende manieren kunnen worden gevarieerd.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above, which can be varied in a number of ways within the scope of the invention.

Claims

1. Device for converting an input voltage into a desired output AC voltage, comprising a transformer, in particular a toroidal transformer, with a transformer core and primary and secondary windings arranged on the transformer core, an electronic circuit to which the input voltage is connected and which supplies a signal to the primary winding (s) such that the desired output voltage is obtained on the secondary winding (s), which electronic circuit has a control input for influencing the signal supplied to the primary winding, and a control circuit with a meter - going for measuring the operation of the transformer, which control circuit supplies a control signal to the control input of the electronic circuit if the measuring device indicates an imbalance in the transformer, such that the transformer adjusts the signal in bala by adjusting the signal supplied to the primary winding. ns is introduced, characterized in that the measuring member is designed as a sensor for detecting the magnetic field in the transformer.

Device according to claim 1, characterized in that the sensor is arranged in or near a recess formed in the transformer core.

Device according to claim 1, characterized in that the sensor is arranged in the vicinity of the transformer core.

Device according to claim 1, characterized in that a band of ferromagnetic material is arranged around the transformer core, the ends of the band enclosing a space in which the sensor is arranged.

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the control circuit is provided with a band filter, an amplifier and an absolute value converter for the signal from the sensor.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor is designed as a Hall sensor, a miniature coil or a magnetoresistive sensor.

Device according to the preamble of claim 1, characterized in that the measuring member is designed as a microphone for detecting the acoustic sound of the transformer core.