NO316852B1 - Aktiv likeretterkrets - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår effektforsyninger, i samsvar med den innledende del av krav 1. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen likeretterkretser realisert med MOSFET-transistorer.

Fig. 1 illustrerer en synkron likeretterkrets i samsvar med den tidligere kjente teknikk. Spenningen som skal likerettes blir frembrakt fra sekundærviklingene T1N2 og T1N3 for en nettransformator Tl, og styrespenningene for gitterne (eng: grids) for MOSFET-transistorene blir frembrakt fra viklingene T1N4 og T1N5. Når spenningen for viklingen T1N4 som virker på gitteret for transistoren Ml og spenningen for viklingen T1N2 blir positive, begynner Ml å lede. Strøm flyter først via den indre dioden i transistoren Ml, inntil styrespenningen har overskredet gitter-terskelspenningen, hvorved transistorkanalen begynner å lede. Spenningsfallet som er oppstått i dioden i løpet av denne perioden forårsaker effekttap, og som resultat blir transistoren varmet opp. Nevnte periode er også relativt lang, fordi nettspenningsfrekvensen er lav, og derfor er raten for spenningsøkning på svitsjetransistorgitterne lav. Kretsen i fig. 1 fungerer således i lave effektområder, men ved effektforsyninger som har en høyere effekt enn 200 W, vil MOSFET-er brukt i slike kretser bli varmet opp for mye.

Tapene som oppstår i MOSFET-transistorer kan reduseres ved å øke styreraten, dvs. stigehastigheten for gitterspenningen. En økning i antallet tørn for viklingene T1N4 og T1N5, dvs. en økning i vekselspenningen frembrakt av viklingene, ville øke stigehastigheten for spenningen, men bruken av denne fremgangsmåten er svært begrenset på grunn av den lave maksimale merkespenningen mellom MOSFET-effekttransistorens gitter og kilde (eng: source). Typisk er maksimal merkespenning for MOSFET-effekttransistorer i størrelsesorden 20 V mellom gitter og kilde.

Den mest fordelaktige formen for et styresignal ville være en firkantbølge frembrakt f.eks. av en digital oscillator. Med denne typen styring, blir tapene for en MOSFET svært små, fordi gitterspenningen da så raskt overskrider gitter-terskelspenningen at det ikke finnes nok tid for å danne effekttap. I en krets i samsvar med fig. 1, blir en slik separat styringskrets svært vanskelig å realisere, fordi transistorkildene har et vekslende potensial, og denne firkantbølge-formede styrespenningen må frembringes eksakt mellom kilden og gitteret.

Det er et formål med oppfinnelsen å realisere en lavtaps likeretterkrets som varmes opp merkbart mindre enn i tidligere kjente systemer. Et annet formål med oppfinnelsen er å realisere en enkel MOSFET-likeretterkrets, hvorved en rask gitterstyring for svitsjetransistorene oppnås.

Disse formålene oppnås ved å bytte om plasseringen av sekundærviklinger og svitsjetransistorer. Således er MOSFET-kilden ikke lenger på et flytende potensial, og følgelig kan gitterstyringen realiseres uten de ekstra viklingene T1N4 og T1N5 som befinner seg i sekundærdelen av nettransformatoren Tl.

Systemet ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at

- kildene for de nevnte svitsjetransistorene er tilknyttet fast potensial,

- den første enden av nevnte første sekundærvikling er tilknyttet det første uttaket fra effektforsyningen, - kilden for den første svitsjetransistoren er tilknyttet det andre uttaket av effektforsyningen, og - mellom den andre enden av nevnte første sekundærvikling og drenet (eng: the drain) for den første svitsjetransistoren, er det koblet minst én ledning, og at - den første enden av nevnte andre sekundærvikling er tilknyttet det første uttaket av effektforsyningen, - drenet for den andre svitsjetransistoren er tilknyttet det andre uttaket av effektforsyningen, og - mellom den andre enden av nevnte sekundærvikling og drenet for den andre svitsjetransistoren er det koblet minst én ledning;

og ved at effektforsyningen videre omfatter

- minst én svitsjetransistor-styrekrets (1) som er tilknyttet gitteret for minst én svitsjetransistor, - en første styretransformator koblet mellom drenet for nevnte første svitsjetransistor og den andre enden av nevnte første sekundærvikling, idet nevnte første styretransformator omfatter minst to viklinger, - en andre styretransformator koblet mellom drenet for nevnte andre svitsjetransistor og den andre enden av nevnte andre sekundærvikling, idet nevnte andre styretransformator omfatter minst to viklinger;

og ved at

- den andre viklingen for nevnte første styretransformator er tilknyttet minst

én styrekrets for en svitsjetransistor, og

- den andre viklingen for nevnte andre styretransformator er tilknyttet minst én styrekrets for en svitsjetransistor.

De uselvstendige krav beskriver ytterligere fordelaktige utførelsesformer for oppfinnelsen.

Oppfinnelsen blir beskrevet mer i detalj nedenfor, med henvisning til noen foretrukne utførelsesformer beskrevet som eksempler, og til de vedføyde tegninger, hvor

fig. 1 illustrerer en MOSFET likeretterkrets i samsvar med tidligere kjent

i

teknikk,

fig. 2 illustrerer en foretrukket utførelse i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 3 illustrerer en annen foretrukket utførelse i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 4 illustrerer en gitterstyringskrets for en MOSFET, egnet for systemet i fig. 2, og

fig. 5 illustrerer en tredje foretrukket utførelse i samsvar med oppfinnelsen.

I figurene er det brukt identiske tall eller symboler for identiske deler.

Symbolet Tx betegner en transformator eller toroide x, og symbolet TxNy, hvor x og y er små heltall, betegner viklingen y for nevnte transformator eller toroide x.

Fig. 2 illustrerer en foretrukket utførelsesform i samsvar med oppfinnelsen. I denne utførelsen er kildene for begge MOSFET-transistorene koblet til jordpotensial, slik at det kan realiseres en enkel gitterstyringskrets som resulterer i rask styring.

Virkemåten for den foretrukne utførelsesformen illustrert i fig. 2 er basert på at det ved hjelp av små transformatorer T3 og T4 blir dannet et styresignal av strømmen som frembringes av hovedtransformatoren, på gitterstyringskretsen 1. Når enden av viklingen T1N2, som er anbrakt på spenningsforsyningens uttaksside, er mer positiv enn den andre enden av den nevnte vikling, fører strømmen som passerer gjennom viklingen T1N2 MOSFET Ml til ledende tilstand, ved hjelp av viklingene T3N1 og T3N3 av toroiden T3. Samtidig fører den MOSFET M2 til ikke-ledende tilstand ved hjelp av viklingene T4N1 og T4N3 for toroiden T4. Når enden av viklingen T1N3, som er anbrakt på spenningsforsyningens uttaksside, blir mer positiv enn den andre enden av nevnte vikling, fører strømmen som passerer gjennom viklingen T1N3 transistoren M2 til ledende tilstand ved hjelp av viklingene T4N2 og T4N3 for toroiden T4, og transistoren Ml til ikke-ledende tilstand ved hjelp av viklingene T3N2 og T3N3 for toroiden T3.

De anvendte transformatorene T3 og T4 kan med fordel omfatte en liten toroide som ledningen som kommer ut av sekundærviklingen av nettransformatoren blir ført gjennom, slik at det bare finnes ett tørn i primærviklingen for transformatoren T3, T4.

I samsvar med en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen fremkommer ikke styresignalet fra separate styretransformatorer T3, T4, men styresignalet fremkommer fra de tredje og fjerde sekundærviklingene for nettransformatoren, som illustrert i fig. 3. Her er viklingene T1N4 og T1N5 for nettransformatoren koblet til styrekretser 1 for MOSFET-transistorene.

En fordelaktig oppstilling for gitterstyringskretsen 1 er illustrert i fig. 4. Denne typen styrekrets kan med fordel brukes sammen med den foretrukne utførelsen illustrert i fig. 2. Styrekretsen er realisert med to komplementære bipolare transistorer VI og V2, som er koblet som emitterfølgere. Når den punktmerkede enden av viklingen T3N3/T4N3 er mer positiv enn den emitterkoblede enden av transistorene VI og V2, føres transistoren VI til ledende tilstand, slik at det begynner å flyte strøm til uttaket av styrekretsen og til gitteret for MOSFET Ml, M2, hvoretter MOSFET Ml, M2 veksler til ledende tilstand. Når den emitterkoblede enden av transistorene VI ogV2 av viklingen T3N3/T4N3 er den mest positive, føres transistoren V2 til ledende tilstand, i hvilket tilfelle gitterladningen for MOSFET Ml, M2 begynner å bli utladet. I samme øyeblikk blir tyristorkoblingen dannet av transistorene V3 og V4 utløst til ledende tilstand, noe som merkbart fremskynder utladningen av gitterladningen for MOSFET-en og dens veksling til ikke-ledende tilstand.

Diodene D1-D7 tjener som metningsforebyggende dioder for transistorene VI og V2. Når VI veksler til ledende tilstand, er dens kollektor på et høyere potensial - i størrelsesorden to diode-terskelspenninger - enn dens basis når VI ikke er i metning. Når spenningen som er virksom i forhold til transistoren VI endrer polaritet, føres VI raskt til ikke-ledende tilstand. Metningsforebyggende dioder reduserer transistorens lagringstid, som utgjør den største forsinkelsen når en transistor veksler fra ledende tilstand til ikke-ledende tilstand.

Fig. 5 illustrerer en tredje foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Ved å anvende oppstillingen i samsvar med oppfinnelsen, er det også mulig å realisere en dobbel spenningsforsyning, hvorfra det negative uttaket kan bringes tilveie ved hjelp av en krets som illustrert i fig. 2, hvor imidlertid

polariteten for spenningene er motsatt av tilfellet i nevnte fig. 2, og hvor det brukes p-type MOSFET-transistorer i stedet for n-type MOSFET-transistorer.

I denne fremstillingen har vi beskrevet ulike foretrukne utførelsesformer for oppfinnelsen ved hjelp av MOSFET-transistorer som eksempel. For en fagmann er det imidlertid opplagt at andre typer av kjente svitsjetransistorer også kan anvendes i effektforsyningen i samsvar med oppfinnelsen. I de vedføyde krav betegner begrepene kilde, dren og gitter funksjonelt de tilsvarende elementer for den aktuelle svitsjetransistoren i hvert enkelt tilfelle.

Ved å bruke den strømstyrte aktive likeretteren i samsvar med oppfinnelsen, blir det oppnådd ekstremt lave effekttap selv med høye utgangseffekter, fordi gitterstyringskretsen illustrert i fig. 4 medfører at utladningen av gitterladningen finner sted svært raskt, og følgelig blir svitsje- og sperretidene for MOSFET-transistorene svært korte. Kretstapene blir i hovedsak påvirket av de resistive tapene i kanalresistansen for de anvendte MO SFET-transistorene.

Claims (4)

1. Effektforsyning som omfatter en nettransformator med en første og andre sekundærvikling, og som videre omfatter to svitsjetransistorer for likeretting av strømmen for nevnte sekundærviklinger, karakterisert ved at - kildene for de nevnte svitsjetransistorene er tilknyttet fast potensial, - den første enden av nevnte første sekundærvikling er tilknyttet det første uttaket fra effektforsyningen, - kilden for den første svitsjetransistoren er tilknyttet det andre uttaket av effektforsyningen, og - mellom den andre enden av nevnte første sekundærvikling og drenet for den første svitsjetransistoren, er det koblet minst én ledning, og at - den første enden av nevnte andre sekundærvikling er tilknyttet det første uttaket av effektforsyningen, - kilden for den andre svitsjetransistoren er tilknyttet det andre uttaket av effektforsyningen, og - mellom den andre enden av nevnte sekundærvikling og drenet for den andre svitsjetransistoren er det koblet minst én ledning; og ved at effektforsyningen videre omfatter - en første svitsjetransistor-styrekrets (1) som er tilknyttet gitteret for den første svitsjetransistoren, - en andre svitsjetransistor-styrekrets (1) som er tilknyttet gitteret for den andre svitsjetransistoren, og ved at effektforsyningen videre omfatter - en første styretransformator og en andre styretransformator, hvor - en første vikling for nevnte første styretransformator er koblet mellom drenet for nevnte første svitsjetransistor og den andre enden av nevnte første sekundærvikling, - en første vikling for nevnte andre styretransformator er koblet mellom drenet for nevnte andre svitsjetransistor og den andre enden av nevnte andre sekundærvikling; - en andre vikling for nevnte første styretransformator er koblet til den første svitsj etransistor-styrekretsen, og - en andre vikling for nevnte andre styretransformator er koblet til den andre svitsj etransistor-styrekretsen; - en tredje vikling for nevnte første styretransformator er koblet mellom den andre enden av nevnte andre sekundærvikling og drenet for nevnte andre svitsjetransistor, og - en tredje vikling for nevnte andre styretransformator er koblet mellom den andre enden av nevnte første sækundærvikling og drenet for nevnte første svitsjetransistor.

2. Effektforsyning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte første uttak fra effektforsyningen er det positive uttaket fra effektforsyningen, at det nevnte andre uttaket fra effektforsyningen er uttaket for jordpotensialet for effektforsyningen, og at nevnte svitsjetransistorer er n-type svitsjetransistorer.

3. Effektforsyning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte første uttak fra effektforsyningen er det negative uttaket fra effektforsyningen, at nevnte andre uttak fra effektforsyningen er uttaket for jordpotensialet for effektforsyningen, og at nevnte svitsjetransistorer er p-type svitsjetransistorer.

4. Effektforsyning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte svitsjetransistor er en MOSFET.