NO773207L - Transistorisert omformer med midtuttak - Google Patents

Description

Transistorisert omformer med midtuttak.

Oppfinnelsen angår en omformer, dvs. en innretning som omformer en jlikespenning til en vekselspenning' vanligvis en firkantbølgespenning.

Omformere anvendes i stor utstrekning for å forsyne telekommunikasjonsanlegg. Omformere anvendes også ofte som et reaksjonsledd i reguleringselementer for mateledninger.

Den transistoriserte omformer med midtuttak, omfatter en krafttransformator hvis primærvikling har et midtuttak som er forbundet med den ene klemme av en matestrømkilde. Den andre klemme av matekilden er forbundet med den andre ende av to semiprimærviklinger ved hjelp av et par transistorer som avvekslende mettes og sperres.

Den symmetriske belastning er forbundet over sekun-dærviklingen. Transistorstyresignalet kan frembringes av .en ytre generator eller i samsvar med en kjent krets kan de frembringes i selve omformeren ved hjelp av en ekstra selv-mettende transformator hvis primærvikling er forbundet parallelt med krafttransformatoren. Signalene over sekundær-viklingen med midtuttak styrer transistorene.

Et av de mest alvorlige problemer som oppstår når slike omformere anvendes er usymmetri i spenningen over krafttransformatoren som skyldes forskjellige verdier av noen parametre for de to transistorer (hovedsakelig forskjellig lagringstid og i mindre grad forskjellige verdier for VQEsa<t>^BEsat<5>'

Denne tilstand resulterer i frembringelsen av en kontinuerlig komponent i krafttransformatoren som kan bringes til metning (avhengig av størrelsen, matespenningen, etc).

Ved slutten av en ledende periode frembringes derfor en høy strømtopp i en av de to transistorer og denne strøm er begrenset bare av kretsens ohmske parametre og medfører ofte store koplingstap eller bringer transistoren utenfor sitt sikkerhetsområde.

Problemet blir værre fordi når det oppstår store kop- ■-lingstap i en transistor, så medfører dette termisk ustabilitet som følge av temperaturstigning slik at transistorens parametre blir dårligere og problemet øker.

Følgen er at transistoren etter en viss tids drift

ofte blir ødelagt.

Dette kan unngås ved at den kontinuerlige'' strømkompo-nent i kraf ttrans f ormatore.ns kjerne begrenses ved hjelp av mot-stander og ved å dimensjonere transformatoren slik at den hindres fra å bli mettet.

En slik løsning kan ikke anvendes i praksis ved omformere som arbeider med frekvenser i størrelsesorden 10-20 kHz fordi differansen i lagringstiden for transistorene ligger i størrelsesorden mikrosekunder og den kontinuerlige spennings-komponent over transformatoren vil derfor være 5~ 20% av matespenningen.

En annen løsning er å velge transistorer med samme parametre.

En slik løsning medfører imidlertid nye problemer som er forbundet med valget av transistorer og sikrer ikke stabil drift i det lange løp.

En løsning av problemet kan være å anvende en tilbake-virkning på hjelpesynkroniseringstransformatoren, slik at differansen i strømmene gjennom de to transistorer • som følge av metning av transformatoren, resulterer i en redusert ledende tid for transistoren som ellers har lengre ledende tid.

I den hensikt har hjelpetransformateren en ytterligere vikling gjennom hvilken differansen av strømmene som flyter gjennom de to transistorer flyter for å formagnetisere kjernen i hjelpetransformatoren og derved modifisere forholdet mellom amplituden av styrepulsene som styrer de to transistorer.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en transistorisert omformer med midtuttak som ikke har de ovenfor nevnte ulemper og hvor en fullstendig elektronisk styrekrets ikke omfatter noen hjelpetransformator og derfor kan være av integrert type.

Ved en transistorisert omformer med midtuttakom-fattende en krafttransformator hvis: primærvikling har et .midtuttak som er forbundet med den ene klemme av en matestrøm-kilde og endene av primærviklingen er forbundet med kollektorene (emitterne) i to koplingstransistorer hvis emittere (kollektorer) er forbundet med matestrømkildens andre klemme,

er det ifølge oppfinnelsen anordnet en første innretning for å utlede forskjellen mellom emitter- (kollektor-) strømmene i de to transistorer i form av et likestrømsdifferanssignal, en første og andre .summeringskrets for algebraisk summering eller subtrahering av differanssignalet til resp. fra et referansesignal, og en andre innretning som er forbundet med utgangen

'fra summeringskretsene og styres av et første sagtannsignal og

av et andre firkant signal hvis periode er det dobbelte av det første signal, hvilken andre innretning frembringer styrepulser for transistorene.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av krav-ene 2-7.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere under henvisning til tegningene.

■ Fig. 1 viser et prinsippskjema for en kjent omformer. Fig. 2 viser et koplingsskjema for en første utfør-elsesform av en omformer ifølge oppfinnelsen.

Fig. 3 viser bølgeformer for omformeren på fig. 2.

Fig. H viser en del av et koplingsskjema for en andre utførelsesform av en omformer ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 viser bølgeformer for omformeren på fig. ^.

Den kjente omformer på fig. 1 omfatter koplings-'' transistorer og , to deler T1av primærviklingen i en krafttransformator, to viklinger t^ i en hjelpetransformator,

en ytterligere vikling t'2for formagnetisering av hjelpe-trans formatoren, en stor induktans K for å hindre strømmer ved koplingsfrekvensen (10-20 kHz) for inverteren fra å strømme gjennom t' 0 og bare tillate differansstrømmen å passere.

Videre er likestrømsklemmene for matekilden merket

+ og -.

Ved den første' ut f ørelses f orm av omformeren ifølge oppfinnelsen som er vist på fig. 2 anvendes to koplingstransistorer T-, og T2og primæren i en krafttransformator. Emitter-spenningene for transistorene på endene av like store motstand-er R er dempet ved hjelp av • lavpassfiltere F-j_, F^ for kompo-nentene i koplings frekvensen. Likestrømskomponentene som derved utledes tilføres en differensialforsterker A som frembringer et differanssignal d.

Differanssignalet d blir algebraisk summert til eller subtrahert fra et referansesignal e ved hjelp av to summerings-kretser S^, . Når omformeren anvendes som reguleringsele-

ment i et reaksjonsledd i en mateledning, er re feransesignalet e feilsignalet som står'- til rådighet i reaks j ons leddet.

Signalsummen e + a og dif f eranssi;gnalét e-d frembringes

av summeringsinnretningene S-^,S2og tilføres en bearbeidelses-• krets M som frembringer styresignaler h og i for koplings-transistorene T.. T„.

15 2

Bearbeidelseskretsen M mottar også et første sagtannsignal a og et andre firkantsignal f som er i fase med det første signal og har en periode som er det dobbelte av perioden for det første signal.

Kretsene frembringer et første og et andre signal som ikke er vist fordi de ikke danner noen del av foreliggende oppfinnelse.

Ved utførelsen på fig. 2 omfatter bearbeidelseskretsen

M to sammenligningskretser C^, som sammenligner det første signal a med signalsummen e + d og med differanssignalet e - d). En utvekslingskrets omfatter portkretser G, og G ? og en fase-vender I og styres av det andre signal f og tillater avvekslende passering av pulser b,c i utgangen fra den første resp. den andre sammenligningskrets C1, C0 samtidig som deres bakre flanke rettes opp. Fig. 3a viser det tilfelle hvor differanssignalet d er null. Styrepulsene i,h for transistorene T-^}T ? har samme varighet og transistorene er avvekslende ledende i samme tids-rom. Fig. 3b viser det tilfellet hvor et differanssignal d opptrer. Dette resulterer i forskjellig varighet av den ledende tid av transistorene.

På fig. 3a er differansen overdrevet for å illu-strere' bedre. x

Den andre utførelsesform av bearbeidelseskretsen M er vist på fig. 4 og 5- Denne omfatter to sammenligningsinn-retninger C^, Cp som sammenligner summen e + d og differansen e-d med to sagtannsignaler a',a" som er utledet fra det. første signal a ved hjelp av utvekslingskretsen G^, G^, I~

styrt av det andre signal f.

Signalene h,i i utgangen fra sammenligningskretsen

C^, C2kan anvendes direkte som styresignaler for transistorene , . Det er imidlertid mulig å gjøre signalene h,i til firkantsignaler og da særlig deres bakre flanke, f.eks.

ved hjelp av en krets i likhet med den som er vist på fig. 2

med G^3G^, 1-^ uten at dette ligger utenfor oppfinnelsens

ramme.

Som nevnt under beskrivelsen av bølgeformene på

fig. 3 viser fig. 5a det tilfelle hvor differanssignalet d er null mens fig. 5b viser det tilfellet hvor differanssignalet d opptrer.

Det er klart at de i utførelseseksemplene viste kompo-nenter for frembringelse av signalene g, a',a" kan være ut-vendige generatorer av forskjellig art likesom generatorene som frembringer signalene f og a.

Claims (6)

1. Transistorisert omformer med midtuttak, om-fattende en krafttransformator hvis primærvikling har et midtuttak som er forbundet med den ene klemme av en matestrømkilde, og endene av primærviklingen er forbundet med kollektorene (emitterne) i to koplingstransistorer hvis emittere (kollektorer)■ er forbundet med matestrømkildens andre klemme, karakterisert ved en første innretning for å utlede forskjellen mellom emitter- (kollektor-) strømmene i de to transistorer (T1S T2 ) i form av et likestrømdifferenssignal (d), en første og andre summeringskrets (S-^ ,S2 ) for algebraisk summering eller subtrahering av differenssignalet (d) til resp. fra et referansesignal (e), og en andre innretning (M) som er forbundet med utgangen fra summeringskretsene (S^ ,S2 ) og styres av et første sagtannsignal (a) og av et andre firkantsignal (f) hvis periode er det dobbelte av det første signal (a), hvilken andre innretning frembringer styrepulser (h,i) for transistorene (T-^ ,!^).

2. Omformer ifølge krav 1, karakterisert ved at den første innretning omfatter to lavpass-filtre (F-j ,F2 ) som er forbundet med emitterne (kollektorene) og med inngangene i en differensialforsterker (A) som frembringer differenssignalet (d).

3. Omformer ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre innretning (M) omfatter to sammen-ligningsinnretninger (C^ ,C2 ) for sammenligning av signalsummene (e+d) resp. differenssignalene (e-d) med det første signal (a), og en tredje innretning som er forbundet med utgangen fra sammenligningsinnretningene og styres av det andre signal (f) for avvekslende sperring av utgangen fra sammenligningsinn- •retningene, hvilke utganger leverer styresignalene (i,h) for transistorene (T^ ,T2 )..

4. Omformer ifølge krav 3, karakterisert ved at den tredje■innretning omfatter to portkretser (G-^G ,,), av hvilke den ene forberedes av det andre signal (f) og den andre av dets inverse signal (g).

5. Omformer ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre innretning (M) omfatter to sammen-ligningsinnretninger (C^ ,C2 ) som mottar på en første inngang signalsummen (e+d) resp. signaldifferensen (e-d), og en fjerde V innretning som styres av det andre signal (f) og avvekslende sender det første signal (a) til sammenligningsinngangene i den første og- andre sammenligningsinnretning (C^j C^ ).

6.. Omformer ifølge krav 5>karakterisert ved at den fjerde innretning 0'mfatter en utvekslings-'"'" krets ( G^, G^, I^) som styres av det andre signal (f).

7- Omformer ifølge krav 5, karakterisert ved to portkretser (G-^jGg) som er forbundet med sammenligningsinnretningene (C-^,C,-,) og er forberedt av det' andre signal resp. av det inverse signal (g).