NO153710B - Koblingsanordning til begrensning og regulering av kollektorstroemmen hos innstillingsledd-transistoren for en koblingsnett-del - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en koblingsanordning til begrensning

og regulering av kollektorstrømmen hos innstillingsledd-transistoren for en koblingsnettdel under anvendelse av en integrert strøm- og spennings-regulatorkomponent som oppviser en pulsbreddemodulator, en referanse-spenningskilde, en og en operasjonsforsterker for henholdsvis strøm- og spenningsregulering, en frakoblingsinnretning og to duale utganger, samt en strømtransformator i serie med innstillingsleddet.

Ved koblingsnett-deler - f.eks. som beskrevet i DE-AS

16 38 008 - er det av største viktighet å beskytte koblingstransistorene mot overstrøm. Til reguleringen anvendes i den forbindelse i og for seg kjente integrerte regulatorkomponenter som muliggjør en kombinert spennings- og strømregulering ved hjelp av operasjonsforsterkere og en pulsfasemodulator.

(Dvs. pulsmodulator hvor modulasjonssignalets verdier er representert ved pausenes plass i de respektive perioder,

jfr.'. Meinke/Gundlach, 1956, side 1100 til 1102, samt litteratur som er henvist til i publikasjonen). Denne regulatorkomponent blir vanligvis drevet slik at den til strømregulering benyttede operasjonsforsterker med bistand av en strømtransformator anvendes for bestemmelsen av måleverdi av langsomme strøm-variasjoner. For raske endringer i strømmen eller meget steile strømspisser gjør man vanligvis bruk av inngangen til en frakoblingsinnretning som likeledes finnes i den integrerte regulatorkomponent, eller av operasjons-forsterkerne for spenningsreguleringen. Plutselig opptredende strømspisser bevirker riktignok en samtidig sperring av de respektive utganger^ men den svinnende strøm muliggjør øyeblikkelig gjeninnkobling,

og der kan da inntre anseelige oscillasjonsprosesser i kollektor-strømkretsen. Dermed reduseres effektiviteten av en for koblingstransistoren benyttet såkalt RCD-vernekobling (dvs. en kobling hvor transistoren er beskyttet med en parallellkoblet strømvei bestående av en kapasitet seriekoblet med en parallellkobling av en motstand og en diode. Jevnfør Valvo-Berichte, bind 18,

hefte 1/2, særlig side 150 sammen med bilde 11. Koblings-prosessen er langt på vei ukontrollert og kan føre til øde-leggelse av koblingstransistoren. Ved langsomme strømendringer opptrer de allerede beskrevne prosesser i det vesentlige når

overgangen fra spennings- til strømregulering skjer. Begge former for avføling av strømmen er imidlertid prinsipielt nødvendige. Likeledes en ekstra startkobling via økning av puls-bredden av koblingstransistorens påstyring.

Den foreliggende oppfinnelses oppgave er å gi anvisning

på en koblingsanordning som tjener til begrensning og regulering av kolleitorstrømmen hos en innstillingsledd-transistor for en koblingsnettdel under anvendelse av en integrert strøm- og spenningsregulator-komponent, og hvormed der selv etter stedfunnen reaksjon av overstrømterskelen og den dermed forbundne frakobling forhindres gjeninnkobling av innstillingsleddet innen en periode av koblingstakten.

For løsning av denne oppgave blir koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen utformet slik at der parallelt med strøm-transformatoren på sekundærsiden er koblet en seriekobling av en diode og variabel ohmsk motstand samt en enveis likeretterkobling, at der er anordnet to bistabile brytere, at den ene inngang til første bistabile bryter er forbundet med referansespenningskilden og dens annen inngang med utgangen fra den integrerte regulatorkomponent, at utgangen fra første bistabile bryter er forbundet med den ene inngang til operasjonsforsterkeren for strømreguleringen og dens annen inngang er forbundet med uttaket på en første spenningsdeler ved utgangen fra enveislikeretteren, at den ene inngang til annen bistabile bryter er forbundet med utgangen fra den variable ohmske motstand og dens annen utgang er forbundet med en ytterligere referansespenning, og at utgangen fra annen bistabile bryter er ført til inngangen til den integrerte regulators frakoblingsinnretning.

Ved disse forholdsregler blir momentanverdien av strømmen avfølt med koblingstransistoren og virksom og sikker strøm-regulering dermed innledet. I tillegg blir det forhindret at der etter en stedfunnen reaksjon av overstrømterskelen innen den vanlige innkoblingsfase inntrer en flere ganger gjentatt koblingsprosess og en eventuell frekvenshalvering med etter-følgende ukontrollert koblingsfunksjon av innstillingstransistoren.

Reguleringsanordningen lar seg også utforme slik at den annen inngang til annen bistabile bryter er forbundet med uttaket på en annen bistabil bryter anordnet parallelt med utgangen fra koblingsnettdelen.

Ved denne forholdsregel får man en "svevende" forspenning hvorved det blir mulig å la laststrømmen gå tilbake til 10% av nominell strøm.

For å muliggjøre sikker start av koblingen, nødvendigvis i strømbegrensningsfase, kan også den annen inngang til den annen bistabile bryter tillike være forbundet med en hjelpespenning via en ohmsk motstand.

Utgangen fra første bistabile bryter lar seg også forbinde med uttaket på en tredje spenningsdeler som ligger parallelt med utgangen fra koblingsnettdelen. Derved blir det mulig å definere og fastlegge varigheten av det tidsrom innen en periode hvori en gjeninnkobling skal forhindres.

Det er også gunstig å forbinde utgangen fra annen bistabile bryter med uttaket på en fjerde spenningsdeler anordnet mellom hjelpespenning og gods.

For de bistabile brytere kan der her anvendes operasjonsforsterkere .

Oppfinnelsen vil bli belyst nærmere ved et utførelses-eksempel som er vist på fig. 1, og ved diagrammet på fig. 2. Fig. 1 viser koblingsnettdelen med regulatorkomponenten. Fig. 2 viser et diagram over de vesentlige spenningsforløp.

Koblingsnettdelen inneholder et innstillingsledd SG som er utformet som transistor, og hvis emitter-kollektorstrekning er shuntet med en såkalt RCD-vernekobling bestående av kon-densator Cl, ohmsk motstand RI og diode Dl. Virkemåten av en slik vernekobling er kjent og er beskrevet f.eks. i tidsskriftet "Valvo Berichte", bind 18, hefte 1/2, side 150 i forbindelse med avbildning 11.

I serie med innstillingsleddet SG og med primærviklingen på en transformator Tl som skiller likeretterdelen fra koblings-regulatordelen, ligger primærviklingen på en lineær strøm-transformator T. Parallelt med sekundærviklingen på denne strøm-transformator T ligger en seriekobling av diode Dl og variabel motstand R2 samt en enveislikeretter bestående av diode D2 og ladekondensator C2. Parallelt med ladekondensatoren C2 ligger så igjen en første ohmsk spenningsdeler R3, R4.

Regulatorkomponenten, som f.eks. kan være en komponent med typebetegnelse SG3524 fra Silicon General and Texas Instruments, består i det vesentlige av en referansespenningskilde Ref, en pulsbreddemodulator PBM som i sin tur setter seg sammen av en sagtannoscillator 0, en koraparator K og en intern komponent-logikk BL, samt en operasjonsforsterker 01 til spenningsregulering, en operasjonsforsterker 02 til strømregulering og en frakoblingsinnretning A som vesentlig utgjøres av en koblingstransistor. Regulatorkomponenten har to duale utganger 1 og 2.

Ved utgangen fra koblingsnettdelen sitter en annen spenningsdeler R6, R8 og en tredje spenningsdeler R5, R7.

En første bistabil bryter Sl, som i utførelseseksempelet er utført som operasjonsforsterker, er med sin ene inngang forbundet med regulatorkomponentens referansespenningskilde Ref og er med sin annen inngang forbundet med regulatorkomponentens utgang 1. Utgangen fra første bistabile bryter Sl er ført^ til den ene inngang til operasjonsforsterkeren 02 for strømreguleringen hos regulatorkomponenten JR. Den annen inngang til denne operasjonsforsterker 02 er forbundet med uttaket på første spenningsdeler R3, R4.

En annen bistabil bryter S2 fører på utgangssiden til fra-koblingsinnretningen A, mens dens ene inngang er forbundet med uttaket på annen spenningsdeler R6, R8 og dens annen inngang via en motstand R9 er forbundet med en hjelpespenningskilde UH. Samtidig får en fjerde spenningsdeler RIO, Ril som med sitt

uttak ligger ved utgangen fra annen bistabile bryter, hjelpespenningen UH tilført.

Koblingens funksjon er som følger:

Kollektorstrømmen JC for innstillingsleddet SG gjennomflyter

den lineære strømtransformator T og frembringer dermed direkte en avbildning på sekundærsiden. Overskrider kollektorstrømmen den momentanverdi som er innstilt med motstanden R2, kobler bryteren S2 til et positivt spenningsnivå og utløser direkte

via tilslutningen 10 frakobling av utgangen 1, hvorunder denne kobler til positivt potensial. Utgangen fra bryteren S1 kobler derpå inngangen 5 til operasjonsforsterkeren for strømregule-ringen til et lavere potensial i forhold til inngangen 4. Inngangen 4 følger nu pga. den frakoblede kollektorstrøm utladningsforløpet f or kondensatoren C2 og forblir pga. utladningens tidskonstant positiv i forhold til inngangen i et lengre tidsrom enn lengste varighet av det ved denne kobling teoretisk oppnåelige samplingsforhold på 48% mellom puls og pause . Dette fører til at fornyet innkobling blir forhindret under denne fase. Først den naturlige innkoblingsprosess som følger pga. den fastlagte frekvens, og den dermed fornyede strømmåling avgjør om der behøves en tidligere eller senere frakobling enn før.

Prosessene er anskueliggjort i pulsdiagrammet på fig. 2.

B betegner den regulerte taktpuls ved utgangen 1 fra regulatoren. Ved utgangen fra første bistabile bryter Sl innstiller der seg her et spenningsforløp som vist ved C, mens spenningsforløpet ved utgangen fra enveislikeretteren er betegnet med A. Kurven A viser tydelig den lineære strømstigning frem til frakobling

med den bistabile bryter 2 og det påfølgende utladningsforløp.

Så lenge spenningen ved uttaket på første spenningsdeler R3, R4

er mer positiv enn spenningen ved utgangen fra første bistabile bryter Sl, forblir innstillingsleddet sperret og koblingsnettdelen dermed frakoblet. Gjeninnkobling kan først skje i neste periode. Med tredje spenningsdeler R5, R7 blir skjæringspunktet mellom

den svinnende gren av kurve Al og kurven C fastlagt. Dette fører til at fornyet innkobling blir forhindret under denne fase.

Først den neste innkoblingsprosess som skjer pga. den fastlagte frekvens, og den dermed forbundne fornyede strømmåling avgjør om der behøves en tidligere eller senere frakobling enn før. Anvendelsen av den annen spenningsdeler R6, R8 på utgangsspennings-siden gjør det mulig å la laststrømmen gå tilbake ned til 10%

av nominell strøm, da forspenningen på annen bistabile bryter S2 derved blir svevende, hvorved gjeninnkoblingspunktet forskyver seg. Motstanden R9 behøves for å muliggjøre koblingens start,

som skjer i strømbegrensing. Der behøves ingen særskilt startkobling.

Fordelene ved denne kobling består vesentlig i at måling og overføring av momentanverdien av reguleringstransistorens kollektorstrøm kan skje uten forsinkelse til inngangen til komponentens frakoblingsinnretning og der i den forbindelse fås et meget skarpt innsatspunkt for strømbegrensingen resp. reguleringen og der straks via komponentens interne logikk BL utløses øyeblikkelig frakobling.

Det tilkoblede utstyr ved inngangene 4 og 5 til operasjonsforsterkeren 02 for strømreguleringen med den beskrevne sperre-funksjon som fremgår av diagrammet på fig. 2, forhindrer flere ganger gjentatte koblingsprosesser hos komponenten og dermed hos koblingstransistoren, eventuelt halvering av koblings-frekvensen, og gir derved høyere sikkerhet. Starten kan pga. den store kortslutningssikkerhet skje via strømreguleringen.

Claims (6)

1. Koblingsanordningen til begrensning og regulering av kollektorstrømmen hos innstillingsledd-transistoren for en koblingsnettdel under anvendelse av en integrert strøm- og spennings-regulatorkomponent som oppviser en pulsbreddemodulator, en referanse-spenningskilde, en og en operasjonsforsterker for henholdsvis strøm- og spenningsregulering, en frakoblingsinnretning og to duale utganger, samt en strømtransformator i serie med innstillingsleddet, karakterisert ved at der parallelt med strøm-transf ormatoren (T) på sekundærsiden er koblet en seriekobling av en diode (D1) og variabel ohmsk motstand (R2) samt en enveis likeretterkobling (D2, C2), at der er anordnet to bistabile brytere (S1, S2), at den ene inngang til første bistabile bryter (Sl) er forbundet med referansespenningskilden (Ref) og dens annen inngang med utgangen fra den integrerte regulatorkomponent, at utgangen fra første bistabile bryter (Sl) er forbundet med den ene inngang til operasjonsforsterkeren for strøm-reguleringen og dens annen inngang er forbundet med uttaket på en første spenningsdeler (R3, R4) ved utgangen fra enveislikeretteren (D2, C2), at den ene inngang til annen bistabile bryter (S2) er forbundet med utgangen fra den variable ohmske motstand (R2) og dens annen utgang er forbundet med en ytterligere referansespenning, og at utgangen fra annen bistabile bryter (S2-) er ført til inngangen til den integrerte regulators (JR) frakoblingsinnretning.

2. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den annen inngang til annen bistabile bryter (S2) er forbundet med uttaket på en annen bistabil bryter anordnet parallelt med koblingsnettdelens utgang.

3. Koblingsanordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at det annet uttak på annen bistabile bryter (S2) via en ohmsk motstand (R9) tillike er forbundet med en hjelpe-likespenning (UH).

4. Koblingsanordning som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at utgangen fra første bi stabile bryter (Sl) er forbundet med uttaket på en tredje spenningsdeler (R5, R7) som ligger parallelt med koblingsnettdelens utgang.

5. Koblingsanordning som angitt i et av kravene 1-4 , karakterisert ved at utgangen fra annen bistabile bryter (S2) er forbundet med uttaket på en fjerde spenningsdeler (RIO, Ril) anordnet mellom hjelpespenningen (UH) og gods.

6. Koblingsanordning som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at de to bistabile brytere (Sl, S2) er operasjonsforsterkere.