NL9400848A - Seriële resonante omzetter. - Google Patents

Description

Seriële resonante omzetter.

De uitvinding heeft betrekking op een seriële resonante omzetter, waarbij, onder gebruikmaking van tenminste twee electronische schakelaars, een resonant netwerk bestaande uit een serieschakeling van een spoel en een condensator, ook wel een LC-seriekring genoemd, energie van tenminste één bron aan een seriële belasting, welke ook uit een bron kan bestaan, wordt toegevoerd.

Dergelijke energieomzetters dienen om de energie van een gelijkspanningsbron, DC-bron genoemd, of van één- of meerfasige wisselspanningsbronnen, AC-bronnen genaamd, om te zetten in energie van een andere amplitude en/of frequentie, met een pulsvormig verlopende spanning of met een D.C. spanning. De electronische schakelaars, kortweg schakelaars genoemd, in de vermogenselectronica bekend als Transistoren, Thyristoren, Fet’s, Mosfet’s, Igbt’s, Gto’s, en de nog in ontwikkeling zijnde electronische schakelcomponenten zoals de MCT (Mos Controled Thyristor) of nog nieuw te ontwikkelen schakelkomponenten, leveren energie vanuit minstens één van de vernoemde bronnen aan het hiervoor vernoemd LC-seriecircuit, waarbij de instelling van de energiebalans door middel van actieve sturing van een extern stuurcircuit bereikt wordt. Dit type serie resonantieomzetter staat bekend als serie-resonantie invertor.

Een dergelijke resonantieomzetters is bekend uit artikelen gepubliceerd in IEEE Transactions on Power Electronics Vol. PE-1 No. 1, January 1986, DC-to-AC Series-Resonant Converter System with High Internal Frequency Generating Synthesized Waveforms for Multikilowatt Power Levels, IEEE Transactions on Power Electronics Vol. 3, No. 2, April 1988, Phase-Stagering Control of a Series-Resonant DC-DC Convertor With Paralleled Power Modules, alsook in het PolyTechnisch tijdschrift Energie van maart 1992 "Frequentieomzetters vinden baat bij principe van soft-switching”.

In deze artikelen worden verschillende oplossingen aangedragen voor het evenwichtsprobleem van de energiebalans welke optreedt bij serieresonantie. Indien er geen balans is tussen de energie vóór een stroompuls ten opzichte van die na zo’n puls, maar toegenomen is ten opzichte van de situatie na zo’n puls zal deze energie, welke opgeslagen is in de resonantiekring na elke puls stijgen wat een enorme stroom- en spanningsopslingering ten gevolge heeft tot het moment waarbij de gelijkstroomweerstand van het circuit de grootte van de stroom zal begrenzen. Eén oplossing wordt verkregen door gebruik te maken van een tweede bron, waarbij de schakelelementen worden aangestuurd door een stuurcircuit, welk vaak met behulp van een microprocessor zodanig wordt bestuurt, dat de instelling van de energiebalans bereikt wordt. Een tweede oplossing maakt gebruik van de opname van een transformator in het serieel resonant netwerk, waarvan de geïnduceerde energie in de secundaire spoel door middel van een diodebrug wordt gelijkgericht en vervolgens wordt opgeslagen in een buffer, bestaande uit een condensator, waarbij de opgeslagen energie actief wordt geleverd aan een belasting, danwel via een actief circuit wordt teruggeleverd aan de bron.

Bovengenoemde oplossingen hebben echter als nadeel, dat minstens één actief stuurcircuit noodzakelijk is, dat ofwel eventueel met behulp van een microprocessor de electronische schakelelementen bestuurt, danwel een extra schakeling stuurt, welke door middel van minstens één extra electronische schakelaar voor de teruglevering van het energiesurplus zorgdraagt, waardoor de instelling van de energiebalans bereikt wordt, terwijl beide situaties ook tegelijkertijd kunnen plaatsvinden.

De uitvinding beoogt deze energiebalans te bereiken door een universeel toepasbare teruglevering van het energiesurplus met behulp van een condensatorbuffer welke zelf als bron gaat functioneren, waarbij in de situatie bij een gelijkgerichte wisselspanningsbron met condensatorbuffer, deze kan vervallen en wordt vervangen door de buffercondensator in het buffercircuit ter verbetering van de arbeidsfactor, wanneer de spanning over de buffer hoger is dan de bronspanning, waarbij het principiële verschil tussen de bestaande oplossingen en deze uitvinding is dat de teruglevering van het energiesurplus passief en zelfstandig bewerkstelligd wordt, terwijl tegelijkertijd de schakelaars door het resonantiecircuit worden gestart, bestuurd en van stuurenergie voorzien, de eventuele externe besturing, beperkt zich slechts tot het op het juiste moment stoppen van de oscillatie van het eventuele ene paar schakelaars en hierna het eventueel laten starten van het andere paar schakelaars.

Daartoe voorziet de uitvinding in de vervanging van de inductor in het seriële resonantiecireuit door minstens twee transformatoren, die elk tenminste één primaire en één secundaire spoel bevatten, waarbij de primaire spoel in serie met op z’n minst één condensator het primaire resonantiecireuit vormt, waarbij de primaire spoel van de ene transformator stuurenergie induceert in de secundaire spoel die in seriële verbondenheid met minstens één condensator het in principe zelfstandige stuurcircuit voor de schakelaars vormt en waarbij de primaire spoel van de andere transformator energie induceert in de secundaire spoel, welke parallel aan minstens één condensator het secundaire resonante circuit vormt, terwijl de geïnduceerde energie, gelijkgericht door tenminste één diode, afgevlakt door minimaal één spoel, opgeslagen in een buffer van minstens één condensator die bij voldoende lading als bron functioneert, waarvan het energiesurplus passief door minstens één diode en door middel van de electronische schakelelementen naar het primaire resonante circuit terugleidt en door de belasting afhankelijk van de hoeveelheid energie geheel of gedeeltelijk wordt opgenomen, waardoor de instelling van de energiebalans verzekerd is.

Bij de ene transformator, de resonantietransformator genaamd, wordt de primaire spoel primaire resonantiespoel genoemd, welke resonante energie induceert in de secundaire spoel, de secundaire resonantiespoel genoemd. De vervangingswaarde van beide spoelen bepaalt de inductantie van het resonantiecircuit. De primaire spoel is serieel verbonden met een condensator, die de primaire resonantiecondensator wordt genoemd. De combinatie van de primaire resonantiespoel en de primaire resonantiecondensator wordt het primaire resonantiecircuit genoemd. Parallel aan de secundaire spoel wordt een tweede condensator aangesloten, die de secundaire resonantiecondensator genoemd wordt. De combinatie van de secundaire resonantiespoel en de secundaire resonantiecondensator wordt het secundair resonantiecircuit genoemd. De capaciteit van het circuit wordt door de vervangingswaarde van de condensatoren in zowel het primaire als het secundaire resonantiecircuit bepaald. De eigenschappen van zowel het primaire als het secundaire resonantiecircuit, welke beide het eigenlijke resonante netwerk vormen, worden bepaald door de vervangingswaarde van de resonante condensatoren. De door de primaire resonantiespoel geïnduceerde stroom in een parallel secundair resonantiecircuit met daaraan een serieel netwerk verbonden, bestaande uit een gelijkrichter van minstens één diode, een niet gekoppelde spoel, de afvlakspoel genaamd en een buffercondensator, kortweg buffer genoemd, wordt door de diode gelijkgericht, door de spoel afgevlakt, en in de buffer opgeslagen. Door de opname van de buffer in het resonantiecircuit, in plaats van achter de AC-brongelijkrichter, wordt een grote inschakelstroom voorkomen en zal de arbeidsfactor sterk verbeteren. Achter deze buffer wordt een tweede gelijkrichter gekoppeld bestaande uit minstens één diode en op de gelijkgerichte bron aangesloten. Indien de spanning over de buffer boven de gelijkgerichte bronspanning uitstijgt, zal deze zelf als energiebron functioneren, waardoor evenwicht tussen de energieopname uit de bron en energieafgifte bereikt wordt.

Bij de andere transformator, de stuurtransformator genaamd, waarvan de primaire spoel, de primaire stuurspoel genoemd, is de inductantie klein ten opzichte van die der resonantiespoelen. Deze primaire stuurspoel, welke de stuurenergie induceert in de secundaire spoel, secundaire stuurspoel geheten, waarvan de inductantie zeer groot is ten opzichte van die der primaire stuurspoel, is serieel gekoppeld aan een condensator, stuurcondensator genoemd, welke samen met de spoel het stuurcircuit voor de schakelaars vormen. De capaciteit, van deze condensator wordt zodanig groot gekozen dat de resonante frequentie van deze stuurkring lager is dan de resonante frequentie van de schakeling, maar ook zodanig klein dat de spanning over deze stuurkring, welke op zijn beurt weer medebepalend is voor opstartsnelheid van de schakeling, voldoende hoog wordt. Door de capaciteit dusdanig groot te kiezen, wordt de impedantie van het stuurcircuit hoofdzakelijk door de impedantie van de secundaire stuurspoel bepaald, met als gevolg dat de stroom door dit stuurcircuit kleiner is dan die door het primaire resonantiecircuit. De belasting die voor het opstarten van het circuit niet te klein moet zijn, kan zowel resistief, inductief, capacitief alsook niet-lineair zijn en wordt altijd in serie op het primaire resonantiecircuit aangesloten. Het zelfstandig starten van het circuit wordt gewaarborgd door het principe dat hier sprake is van een meegekoppeld serieel LC-circuit, waardoor dit circuit in principe als een en seriële gedempte oscillator beschouwd kan worden, welke door de ruisspanning in oscillatie wordt gebracht. Ook wordt bij een serieële gedempte oscillater een goede sinusvorm van de stroompuls verkregen, waarbij de kwaliteit van deze sinus afhankelijk is van de demping van de oscillater.

Verdere behandeling zal plaatsvinden aan de hand van fig.l, fig. 2, fig. 3, fig. 4A, fig. 4B en fig. 5.

Fig. 1 toont de uitvoering van een resonantieomzetter, die niet regelbaar is, wisselspanningsenergie met een relatief hoge frequentie aan een belasting toevoert, een AC-bron 1 omvat, gevolgd door een diodebrug 2, die een pulserende gelijkspanning levert aan de NPN-transistor 3, aan PNP-transistor 4 en tevens twee in serie verbonden condensatoren 5 en 6 met gelijke capaciteit van spanning voorziet. Het gebruik van twee· condensatoren die samen de eerder genoemde primaire resonante condensator vormen, garandeert een stabiele start van de schakeling zoals die hier uitgevoerd is. Het gemeenschappelijke knooppunt van de condensatoren 5 en 6 wordt met de primaire resonantiespoel 7 verbonden, welke met de secundaire resonantiespoel 8 de resonantietransformator vormt. Deze twee spoelen samen vormen de inductantie van de resonantiekring. De door spoel 7 geïnduceerde stroom in de secundaire parallelling, die bestaat uit spoel 8 en secundaire resonantiecondensator 9, waarvan de spanning respectievelijk door de dioden 10, 11, 12, en 13 wordt gelijkgericht en via de niet gekoppelde spoel 14 wordt afgevlakt om vervolgens te worden opgeslagen in de buffercondensator 15. Als de spanning over deze condensator 15 hoger is dan de gelijkgerichte bronspanning, zal het resonante circuit z’n energie via diode 16 uit deze buffer betrekken, waardoor een evenwicht van de energiebalans bereikt wordt. In het primaire resonantiecireuit wordt een tweede transformator aangesloten, de stuurtransformator genoemd, waarvan de primaire spoel 17, de primaire stuurspoel geheten, serieel met de primaire resonantiespoel 7 is verbonden. De inductantie van deze primaire stuurspoel is klein is ten opzichte van de inductantie van de vervangingswaarde van zowel de primaire alsook de secundaire resonantiespoel. De secundaire spoel 18 van de stuurtransformator, secundaire stuurspoel genoemd, waarvan de inductantie zeer groot is ten opzichte van de primaire stuurspoel 17, zodat de secundaire stuurspoel een hogere impedantie bezit dan de primaire stuurspoel 17. Daardoor is de door spoel 17 geïnduceerde stuurstroom wel in fase, naar kleiner dan de resonantiestroom, zodat aan de eis van electrische meekoppeling is voldaan, welke een absolute voorwaarde vormt voor een stabiele oscillatie. Samen met de condensator 20, de stuurcondensator genoemd, vormt de secundaire stuurspoel het seriële netwerk, dat de gezamenlijke stuurkring vormt voor de aansturing van de beide transistoren 3 en 4. Indien de gelijkstroomweerstand klein is ten opzichte van de impedantie der stuurkring, gevormd door de spoel 18 en condensator 20, wordt de impedantie nagenoeg uitsluitend door deze componenten bepaald. Belasting 19 wordt in serie met de spoel 17 en de gezamenlijke uitgangsklemmen van de transistoren 3 en 4 aangesloten.

Fig. 2 toont de uitvoering die nagenoeg identiek is aan de situatie die bij fig. 1 beschreven is. Alleen de verschillen tussen de beide figuren zullen hier meer uitgebreid behandeld worden. In de praktijk en zeker bij hogere bronspanningen wordt slechts de NPN-transistor gebruikt. Hierdoor wordt het noodzakelijk de transistor 4, welke van een PNP-transistor is, te vervangen door een NPN-transistor. Het stuurcircuit voor de transistor 3 in fig.l wordt hier in fig. 2 het eerste stuurcircuit genoemd. Behalve dat er een eerste stuurcircuit in deze schakeling wordt gebruikt, bestaande uit de eerste primaire stuurspoel 17, de eerste secundaire stuurspoel 18 en de eerste secundaire stuurcondensator 20, is door het gebruik van NPN-transistoren, de noodzaak ontstaan nog een stuurtransformator in het circuit op te nemen, waarvan de primaire spoel 21, tweede primaire stuurspoel genaamd, serieel met het primaire resonantiecireuit wordt verbonden en de secundaire spoel 22, tweede secundaire stuurspoel genaamd, in serie wordt verbonden met condensator 23, tweede stuurcondensator genoemd, analoog aan de situatie van fig. 1 voor de stuur- en startenergie van het tweede stuurcircuit zorgdragen. Doordat de basis van de beide schakeltransistoren de stuurstroom slechts in één richting kan geleiden, zonder dat deze doorslaat, waardoor de polariteit van de stuurstroom niet omgepoold kan worden, wordt het eerste stuurcircuit uitgebreid met een serieschakeling van twee dioden 24 en 25 en het tweede stuurcircuit met de dioden 26 en 27, die antiparallel aan de basis-emitter worden aangesloten. Deze dioden worden in serie geschakeld met als doel dat onder alle omstandigheden de garantie verkregen wordt, dat de gezamenlijke drempelspanning van deze dioden in dit stuurcircuit altijd hoger is ten opzichte van de drempelspanning tussen de basis en de emitter van de schakeltransister in het ander stuurcircuit, zodat deze transistor eerder in geleiding komt dan dioden in het andere stuurcircuit, waardoor het resonantiecircuit kan opstarten en blijven oscilleren. In plaats van twee primaire stuurspoelen te nemen, is het ook mogelijk slechts één primaire stuurspoel in het primaire resonantiecircuit op te nemen, met daaraan magnetisch gekoppeld twee secundaire stuurspoelen. Door deze combinatie zal de schakeling echter moeilijker opstarten. Als belasting 19, welke een lagedrukkwikontladingslamp, ook TL-lamp genoemd, voorstelt waar parallel aan de aansluitingen van de twee verschillende elektroden een condensator 28 wordt geschakeld, welke ervoor zorgt dat er een spanningsopslingering over de TL-lamp optreedt, waardoor deze kan ontsteken.

Fig. 3 toont de uitvoering die nagenoeg identiek is aan de situatie die bij fig. 2 beschreven is, met dit verschil dat de energie die aan de belasting wordt toegevoerd regelbaar is, waardoor fig. 3 uitgebreid wordt met een stuurcircuit, welke in dit voorbeeld als doel heeft de lichtsterkte van een lagedrukkwikontladingslamp, ook TL-lamp genoemd, te regelen. Bij de TL-lamp, wordt het rendement hoger bij stijging van de frequentie, aangezien de ionisatie van de hoeveelheid gasatomen afneemt op het moment dat er geen of onvoldoende energie aan het gas wordt toegevoerd. Het opnieuw ioniseren van het gas vergt meer energie dan het gas in aangeslagen toestand te houden. De uittijd van de oscillatie is bepalend voor de teruggang van de ionisatie van het gas met andere woorden voor het rendement van de lamp. Deze tijd wordt korter naarmate de frequentie van het circuit hoger is. Als deze argumenten in aanmerking worden genomen, is de keuze van de Mosfet als de electronische schakelaar technisch het meest voor de hand liggend, aangezien deze een hogere schakelsnelheid bezit in vergelijking met de bipolaire transistor. Voor het principe maakt de keuze van de schakelaar geen verschil en om de schakelingen zoveel mogelijk uniform te houden is hier voor een uitvoering met de bipolaire transistor gekozen.

Bij de uitvoering van dit circuit wordt de collector van de NPN-transistor 30, stuurtransistor genoemd, wordt samen met de shottky-diode 31 en de hieraan antiparallel geschakelde diode 29 verbonden. De weerstand 32, die gezamenlijk met de shottky-diode 31 en de hierover antiparallel aangesloten diode 29, is aan de secundaire stuurkring gekoppeld. De shottky-diode 31 voorkomt dat de stuurtransistor 30 in verzadiging geraakt, waardoor deze vertraagd zal sperren. Op klem 33 aan de basis van de stuurtransistor 30, wordt samen met het besturingscircuit, de weerstand 32, die als stroombegrenzer functioneert, gekoppeld. De functie van het besturingscircuit is het zodanig bijregelen van de schakeling dat de meetwaarden in overeenstemming zijn met de referentiewaarden. In dit circuit is de detectie van de grootte en richting van de stroom, niet verder uitgewerkt, aangezien hiervoor prima oplossingen zijn ontwikkeld, die zelfs bij geïntegreerde circuits gebruikt worden. Toch volgt hier een korte beschrijving van de voorwaarden met algemene uitvoeringsvoorstellen, waaraan zo’n besturingscircuit moet voldoen. Als detectoren van respectievelijk de grootte en richting van de stroom kunnen respectievelijk de grootte van de spanning over stuurcondensator of de stuurspoel en de de polariteit van de spanning over de condensator of de stuurspoel gebruikt worden, welke door middel van een verschilversterker vergeleken wordt met een instelbaar referentieniveau om vervolgens het resonante circuit bij te regelen. Als door het besturingscircuit stuurtransitor 30 niet wordt gesloten zal deze door weerstand 32 geopend blijven en op zijn beurt de schakeltransistor gespert houden, waardoor het resonantiecircuit niet oscilleert. Conform de beschrijving behorende bij fig. 2 is de functie van de dioden 27, 26 en 29 dat de stuurcondensatoren door het omkeren van de stroomrichting tegengesteld opgeladen worden.

Fig. 4A toont de uitvoering die nagenoeg identiek is aan de situatie beschreven bij fig. 3 is, met dit verschil dat de grootte van de regelbare stroom die aan de belasting wordt toegevoerd zowel uit gelijkstroom als wisselstroom kan bestaan, waarvan de frequentie gelijk of lager is dan de resonantiefrequentie. Om dit te bereiken wordt de schakeling in fig. 3 uitgebreid met een tweede schakelcircuit met de bijbehorende stuurcircuits, welke in dit voorbeeld als doel hebben de draairichting en het toerental van een motor te regelen. De in fig. 4A afgebeelde AC naar AC/DC-resonantieomzetter, omvat een met fig. 1, fig. 2 en fig. 3 identieke AC-bron 1, die gelijkgericht wordt door 2, welke een pulserende spanning aan de NPN-schakeltransistoren 3, 4, 40 en 41 levert, en tevens de twee in serie aangesloten primaire resonante condensatoren 5 en 6 van spanning voorziet. Aan het gezamenlijke knooppunt van deze condensatoren zijn van de stuurtransformatoren achtereenvolgend de in serie geschakelde primaire stuurspoelen 17, 21, 27 en 31 magnetisch aan de respectievelijk secundaire stuurspoelen 18, 22, 28 en 32 gekoppeld, die op hun beurt een serieel stuurcircuit met de achtereenvolgende stuurcondensatoren 20, 23, 30 en 33 vormen, welke de respectievelijke stuurblokken 26, 29, 36 en 39 van energie voorzien. De seriële primaire resonantiespoelen verbonden met het gezamenlijke knooppunt van de condensatoren 37 en 38, afvlakcodensatoren genoemd, welke om de beurt door de primaire resonantiestroom worden geladen en voldoende capaciteit bezitten om stoorpulsen te onderdrukken en de spanning over de belasting 19 afvlakken, die in deze schakeling een elektromotor voorstelt. De capaciteit van deze condensatoren mogen ook weer niet te hoog zijn, waardoor een te grote blindstroom door de motor zou vloeien. Antiparallel over uitgansklemmen van de schakeltransistoren staan de dioden 24, 25, 34 en 35 ter bescherming van deze transistoren, die indien de spanning opgewekt door de motor, EMK (Electro Magnetische Kracht) genoemd, hoger is dan de gelijkgerichte bronspanning, heeft dit omkering van de spanningspolariteit over de schakeltransistoren tot gevolg, waardoor deze bij afwezigheid van deze dioden onder invloed van deze EMK zullen doorslaan met vernietiging als gevolg. Deze schakeling wordt een serieresonante brugschakeling genoemd, wat inhoud dat de spanning over de motor omgepoold kan worden, waardoor deze van draairichting kan veranderen.

Behalve de stuurblokken is het niet behandelde gedeelte van de schakeling identiek aan beschreven bij fig. 2 en fig. 3, met dit verschil dat het schakelcircuit hier dubbel is uitgevoerd. De stuurblokken kunnen in twee paren verdeelt worden, het ene paar 26 en 39, en het andere paar 29 en 36, die op hetzelfde tijdstip door de bestuuring geactiveerd worden. Alle stuurbloken zijn identiek opgebouwd, zodat het voldoende is één zo’n blok te behandelen.

Fig. 4B toont de uitvoering van zo’n blok, waarbij galvanische scheiding tussen het besturingscircuit en de stuurblokken wordt verkregen door het gebruik van optokoppelaars. De ontvanger bestaat uit een combinatie van fotodiode 7, detectiediode genoemd, en de snelle transistor 6, detectietransistor genaamd, die als stroomversterker functioneert en bij voldoende stroom door de detektiediode transistor 8 dichtstuurt. De stroom door zender 15, besturingsstroom genoemd, die bestaat uit een snelle IR-diode, ook zenddiode genoemd. De ontvanger en zender samen wordt een optokoppelaar genoemd. Tussen de basis en de emitter van de detectietransistor 6 is een weerstand 14 aangesloten, die een compromis vormt tussen de snelheid van het afschakelen van de detectietransistor en de gevoeligheid van het stuurblok voor de besturingsstroom. In serie met transistor 8 is een diode 12 geschakeld, welke samen met shottky-diode 13, die verzadiging van transistor 8 voorkomt, waardoor deze transitor 8 vertraagd wordt dichtgestuurd. Conform bij fig. 2 en fig. 3 is de functie van de dioden 9, 10 en 11 ervoor te zorgen dat stroomrichting door de stuurcondensatoren omgekeerd kan worden waardoor deze condensatoren tegengesteld opgeladen kunnen worden, hierdoor aan de voorwaarde voldaan wordt dat het stuurcircuit mee kan resoneren. De klemmen 3 en 2 worden respectievelijk aan de basis en de emitter van de electronische schakelaar aangesloten. Klem 1 wordt aan de stuurkring gekoppeld. In serie met de zenddiode 15 is ook zenddiode 16 gekoppeld, die het complementaire blok van dit paar bestuurt. Tevens zijn aan deze twee zenddioden de klemmen 4 en 5 bevestigd, waaraan het besturingscircuit wordt aangesloten. De functie van het besturingscircuit is de schakeling zodanig te regelen dat deze in overeenstemming is met de referentiewaarden. In dit circuit is de detectie voor de grootte en de richting van de stroom, de polariteit en de grootte van spanning over de belasting, niet verder uitgewerkt, aangezien hiervoor prima standaaroplossingen zijn ontwikkeld, die zelfs in geïntegreerde circuits toegepast worden. Toch volgt hier een korte beschrijving van de voorwaarden met uitvoeringsvoorstellen, waaraan zo’n besturingscircuit moet voldoen. Voor de detectie van de grootte en polariteit van de stroom kan een stroomtransformator gebruikt worden, die in het belasingscircuit wordt opgenomen. Voor de detectie van de polariteit en de grootte van de spanning over de belasting, kunnen twee verschilversterkers gebruikt worden, waarvan de ene gebruikt wordt voor de sturing van de zenddiode van een optokoppelaar, met als doel het detecteren van de spanning als deze boven of onder het referentieniveau komt en voor het detecteren van de polariteit van deze spanning, zou de andere verschilversterker met de tweede optokoppelaar benut kunnen worden.

fig. 5 toont de bidirectionele resonantieomvormer. Bij de vorige figuren gaat de energiestroom slechts in één richting van de bron naar de belasting. Door toepassing van twee van zulke schakelingen, waarbij twee bronnen gebruikt worden die tevens als belasting voor elkaar dienen. De bronnen kunnen bestaan uit zowel een éénfasige of een meerfasige wisselspanningsbron, AC-bron genaamd, alsook een gelijkspanningsbron, DC-bron genoemd. In fig. 5 wordt AC-bron 1 aangesloten op de bruggelijkrichter 2, welke wordt verbonden met transistoren 3, 4, 17 en 18, die, zoals bij fig. 4B in brug is geschakeld, de motor 19 aanstuurt, die zowel in motorbedrijf als in generatorbedrijf kan functioneren. In generatorbedrijf functioneert deze als bron 19 en wordt verbonden met bruggelijkrichter 20, die op zijn beurt gekoppeld is aan de transistoren 21, 22, 23 en 24, welke ook in brug zijn geschakeld en op de AC-bron 1 zijn aangesloten. De functie van de bruggelijkrichters 2 en 20 is tweëerlei, eerstens het gelijkrichten van de spanningen van bron 1 en bron 19 en tweedens het beschermen ven de transistoren tegen spanningsompoling. Het buffercircuit, welke uitgebreid is behandeld in fig 1 wordt zowel aan de gemeenschappelijke negatieve alsook aan de gezamenlijke positieve klemmen van de bruggelijkrichters 2 en 20 aangsloten. Zoals bij fig.

4A wordt aan bron 19 een serieschakeling van de condensatoren 26 en 27 aangesloten en de serieschakeling van de condensatoren 28 en 29 wordt met bron 1 verbonden met als doel eventuele stoorpulsen over de beide bronnen te onderdrukken. De serieschakeling van de primaire stuurspoelen wordt door 25 voorgesteld. De secundaire stuurkringen met de bijbehorende stuurcircuits, die uitgebreid bij fig. 4A zijn behandelt, zijn hier verder buiten beschouwing gelaten.

Claims (5)

1. Seriële resonante omzetter, waarbij energie van een bron, welke kan bestaan uit een gelijkspanningsbron, DC-bron genoemd, danwel uit één- of meerfasige wisselspanningsbronnen, AC-bronnen genaamd, welke AC-bronnen door minstens één diode worden gelijkgericht, onder gebruikmaking van tenminste twee electronische schakelaars aan een seriële belasting, die op zijn beurt ook uit een bron kan bestaan, wordt toegevoerd, met het kenmerk, dat de instelling van de energiebalans bereikt wordt met behulp van een buffercircuit, waarbij in de situatie bij een gelijkgerichte wisselspanningsbron met condensatorbuffer, deze kan vervallen en wordt vervangen door buffercondensator (15) in het buffercircuit ter verbetering van de arbeidsfactor, en door middel van een zelfsturende resonante omzetter, welke al dan niet extern wordt bestuurd, waarbij een resonant netwerk bestaande uit minstens twee transformatoren, die elk tenminste één primaire en één secundaire spoel bevatten, waarbij de primaire spoel in serie met op z’n minst één condensator het primaire resonante circuit vormt, waarbij energie van een bron serieel aan een belasting wordt toegevoerd, waarbij de primaire spoel van de ene transformator stuurenergie induceert in de secundaire spoel die in seriële verbondenheid met minstens één condensator het stuurcircuit voor de electronische schakelaars vormt en waarbij de primaire spoel van de andere transformator energie induceert in de secundaire spoel, welke parallel aan minstens één condensator het secundaire resonante circuit vormt, waarbij de geïnduceerde energie, gelijkgericht door tenminste één diode, afgevlakt door minimaal één spoel (14), passief opgeslagen in een buffer van minstens één condensator, waarbij het energiesurplus, opgeslagen in de buffercondensator (15), welke buffercondensator, indien de spanning over de buffercondensator hoger is dan de bronspanning, deze buffercondensator zelf als bron gaat functioneren, waarbij deze buffercondensator, met behulp van de electronische schakelaars (3) en (4) en de diode (16), de opgeslagen energie naar het primaire resonante circuit terugleidt, waarbij afhankelijk van de hoeveelheid energie en de grootte der belasting (19), deze energie geheel of gedeeltelijk door de belasting wordt opgenomen, waarbij het resterende gedeelte van de hoeveelheid energie in de condensatorbuffer (15) wordt opgeslagen, waardoor de energiebalans ingesteld wordt.

2. Seriële resonante omvormer volgens conclusie 1, en beschreven bij fig. 2 en fig. 3, met het kenmerk, dat de energietoevoer aan de belasting (19), welke in deze fig. 3 voorgesteld wordt door een TL-buis, geregeld wordt door de aantijd van deze omvormer, waarbij de electronische schakelaars (3) en (4) bestaan uit NPN-transistoren, waardoor een extra transformator in de schakeling wordt opgenomen met één primaire spoel (21) die met het primaire netwerk in serie wordt geschakeld en één secundaire spoel (22) die in serie met condensator (23) de stuurkring voor een electronische schakelaar vormt, waarbij antiparallel aan de basis-emitter van de twee transistoren (3) en (4) een serieschakeling van twee paar dioden, (24) en (25), respectievelijk (26) en (27), wordt aangesloten voor het ompolen van de spanning over de beide stuurcondensatoren (20) en (23), waarbij de aantijd bepaald wordt door electronische schakelaar (4) gesloten te houden, nadat deze via de natuurlijke commutatie gesloten is, waarvoor de stuurschakeling in fig. 2 uitgebreid wordt met transistor (30), waarvan de basisklem (33) samen met de weerstand (32), die transistor (30) openstuurt, verbonden is met het besturingscircuit, welk de resonantieomvormer bestuurt door transistor (30) dicht te sturen, waardoor schakeltransistor (4) dichtgestuurt wordt, met als gevolg dat deze omvormer kan starten of herstarten, waarbij diode (29) de ompoling van de spanning over condensator (23) verzorgt, en shottky-diode (31) ervoor zorgt dat de transistor (30) niet in de verzadiging raakt, waardoor deze vertraagd zal openen.

3. Seriële resonante omvormer volgens de conclusies 1 en 2, en beschreven in fig. 4A en fig.4B, met het kenmerk dat, de regelbare stroom die aan de belasting wordt toegevoerd zowel uit gelijkstroom als wisselstroom kan bestaan, waarvan de frequentie gelijk of lager is dan de resonantiefrequentie, met in deze uitvoering als doel de draairichting en het toerental van een motor te regelen, waarvoor de schakeling in fig. 3 uitgebreid wordt met de schakeltransistoren (40) en (41), de serieel verbonden primaire stuurspoelen (27) en (31), de secundaire stuurspoelen (28) en (32) welke respectievelijk serieel verbonden worden met de condensatoren (30) en (33), en voorzien de stuurcircuits (26), (29), (36) en (39), welke door een galvanisch gescheiden besturingscircuit bestuurt worden, zoals uitgevoerd in fig. 4B, van energie, waarbij het paar schakeltransistoren (3) en (41) respectievelijk (4) en (40), waaraan antiparallel de respectievelijke dioden (24), (25), (34) en (35) worden aangesloten, die de transistoren beschermen tegen spanningsompoling als de spanning over de bron lager is dan de spanning over de belasting (19), welke in deze uitvoering een motor voorsteld, waaraan parallel een serieschakeling van twee condensatoren wordt aangesloten, die beurtelings door de primaire resonante stroom wordt geladen en zowel een ontstorende alsook een afvlakkende werking op de spanning over deze belasting heeft, waarbij maximaal slechts één transistorschakelaar geopend mag zijn, eerst dan dichtgestuurd mag worden als deze door het resonantiecircuit gesloten is, door deze vervolgens gesloten te houden alvorens de schakelaars van het andere paar te openen, het resonantie circuit kan herstarten of verder resoneren, waardoor de draairichting alsook het toerental geregeld kan worden.

4. Seriële resonante omvormer volgens de conclusies 1, 2 en 3, en beschreven in fig. 5, met het kenmerk, dat de energiestroom bidirectioneel is, waarvoor de schakeling ten opzichte van die in fig. 4A zodanig wordt uitgebreid, uitgevoert bij fig. 5, dat de belasting, hier voorgesteld door een motor, welke in generatorbedrijf als bron functioneert, waarbij algemeen gesteld sprake is van een situatie, met minimaal twee bronnen, welke kunnen bestaan uit AC-bronnen, DC-bronnen, of een combinatie van beiden, waarbij diodebruggen (2) en (20) de schakelelementen (3), (4), (17), (18), (21), (22), (23) en (24) tegen spanningsompoling beschermen, zoals beschreven bij fig. 4A, waarbij de AC-bronnen (1) en (19) met behulp van de genoemde diodebruggen, gelijkgericht worden, waarbij deze gelijkrichte spanning van de ene bron 1 de energie levert voor de schakelaars (3), (4), (17) en (18) van de andere bron (19), die energie aan dezelfde bron 19 leveren als die, welke door de diodebrug (20) gelijkricht wordt, waarbij de in serie geschakelde primaire stuurspoelen (25) de stuurpulsen leveren aan de niet in fig. 5 getekende stuurcircuits, welke aangesloten wordt op de basis der schakeltransistoren en bestuurt worden als beschreven is bij fig. 4A, waarbij het energiesurplus door middel van het bekende buffercircuit bestaande uit de componenten, welke uitgebreid worden beschreven in de conclusies 1, 2, 3, en 4 aan de bronnen wordt teruggeleverd.

5. Seriële resonante omvormer volgens de conclusies 1, 2, 3, en 4, met het kenmerk dat deze gebruik maakt van de hiervoorgaand beschreven principes en uitvoeringen, zoals de wijze waarop de besturing plaats vindt, het opnemen van de buffercondensator in het schakelcircuit, zonder gebruik te maken van natuurlijke commutatie, maar wel van de hiervoorgenoemde uitvoeringen technieken en besturingen.