NO884894L - Vekselretter for hoeye spenninger og hoeye frekvenser. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en vekselretter, som Inneholder en Jordet llkespennlngskllde, fire styrbare effektbrytere, en styreinnretnlng og en vekselspenningsutgang.

Vekselrettere er kjente. De blir eksempelvis benyttet til styring av synkronmotorer, ettersom dermed en kontinuerlig dreietallstyring fra null til over det nominelle dreietall er mulig uten stor slitasje og motoren ved lave dreietall oppviser et nærmest konstant dreiemoment.

En slik vekselretter lar seg fremstille som bro: fire styrbare effektbrytere er broelementer, på to punkter av broen ligger likespenningen, idet i altminnelighet et punkt er Jordet og derved det andre punktet ligger på tilførsels-spenningens høyere potensial; på de andre to diagonalpunkter av broen kan veksel spenningen tas ut. Signalene fra en styreinnretnlng sørger på den måte for ompolingen, at veien fra de to polene av likespenningskilden på inngang til utgang stadig krysser og derved vedvarende veksler utgangs-spenningens fortegn. Det byr ikke på noen vanskeligheter å styre de to effektbryterne i broen, hvilke må frembringe forbindelsen til spenningsreferansenullpunktet (Jord) eller avbryte denne. De to andre effektbryterne i broen arbeider mot et potensial som i henhold til brytertilstand stadig endrer seg relativt spenningsreferansenullpunktet. En slik potensialflyting gir ved styringen av transistorene, hvilke fortrinnsvis er innsatt som effektbrytere, vanskeligheter, særlig ved en høy likespenning (eksempelvis mer enn 100 V).

Man møter dette styringsproblem ved de potensialmessig høyt liggende effektbrytere ved innføringen av optiske koblere eller (ved tyristorer) induktive overførere. Ved siden av koblingsoppbudet, forstyrrer ved disse løsninger også de ytterligere effekttap, og dessuten er fremforalt koblings-frekvensen begrenset oppad ved bruk av optorkoblere. Oppfinnelsen legger den oppgave til grunn, i forbindelse med en vekselretter å redusere effekttapene ved styring av den potensialmessig høyt liggende bryter og å øke bryter-frekvensen.

Oppgaven blir løst ved hjelp av en vekselretter, kjennetegnet ved at kun de to potensialmessig dyptliggende effektbrytere styres av styreinnretningen, at mellom de potensialmessig dyptliggende effektbrytere og vekselspenningsutgangen likeledes er tilstede en Zenerdiode med katodesiden vendende mot effektbryteren, at styrespenningen av den korresponderende potenslalmessige høytliggende bryter tas fra Zenerdiodens katodeside, og at Zenerdiodens katodeside over en motstand er forbundet med den positive pol av likespenningskilden.

Særlig foretrukket effektbryter er N-kanal MOS-transistorer, NPN-bipolartransistorer eller tyristorer.

Åpningen og lukkingen av den potenslalmessige dyptliggende effektbryteren skjer på kjent problemfri måte ved hjelp av styreimpuls fra en styreinnretnlng. de ifølge oppfinnelsen i strømveien innførte Zenerdioder har i lederetningen en liten gjennomslippsspenning, som på korresponderende, potensialmessig høytliggende bryter gjenfinnes som negativ styrespenning og dermed åpner bryteren. Blir den innførte Zenerdiode drevet i omvendt retning, så frembringer denne på korresponderende effektbryter en positiv styrespenning som bevirker at den angjeldende bryter lukker. Koblings-anordningen velges slik, at ved styring av den potenslalmessige dyptliggende bryter blir alltid den potensialmessighøytliggende bryter i naboliggende brogren lukket ved hjelp av den omvendt drevne Zenerdiode. På denne måte oppnår man en vekselretterdrift, som kun frembringes ved styringen av de potensialmessig dyptliggende brytere. En direkte styring av de potensialmessig høytliggende brytere er dermed, på grunn av den foreliggende koblingsanordning ikke nødvendig. Med

bruk av N-kanal MOS-transistorer som bryter blir bryter-frekvenser av mer enn 100 kHz oppnådd.

Som effektbryter, særlig også for høye spenninger, kan forskjellige kjente elementer anvendes, idet tilkoblingen og størrelsen av styrespenningen på effektbryteren må tilpasses men alle kan på grunn av den over Zenerdioden synkende spenning åpnes og lukkes. N-kanal MOS-transistorer er egnet for særdeles høye spenninger og gir en styring med lite tap. NPN-bipolartransistorer reduserer fremstillingskostnadene, mens det med tyristorer lar seg gjøre å realisere en kobling med særlig lite oppbud.

Et særlig foretrukket anvendelsesområde for vekselretteren ifølge oppfinnelsen, er på grunn av den høye spenning og den meget høye øvre frekvensgrense (over 100 kHz) anvendelsen som strømkilde for elektronisk sprengtenner.

I det etterfølgende blir, under henvisning til tegningene, utførelseseksempler nærmere belyst. Figur 1 viser skjematisk vekselretteren i brokonfigurasjon. Figur 2 viser vekselretter med fire N-kanal MOS-transistorer. Figur 3 viser vekselretter med fire NPN-bipolartransistorer. Figur 4 viser vekselretter med to tyristorer og to NPN-bipolartransistorer .

Mellom bropunktene 1, 2, 3, 4 er brytere 5, 6, 7, 8 anordnet. På bropunktene 1 og 3 blir energien innmatet (1ikespenning-skilde U mellom puntene 9 og 10). Til de to andre diagonalpunkter kan ved 11 og 12 en vekselstrøm/vekselspenning uttas. Punktet 10 blir her valgt som spenningsreferansenullpunkt (jord).

Ifølge oppfinnelsen ligger i de potensialmessig lave grener (bryter 6 og 7) en Zenerdiode 12, 14 med katodesiden vendende mot effektbryterne 6, 7. En styreinnretnlng 15 sørger for at alltid kun en bryter er åpen. På klemmene 11, 12 kan ved vekselretteren i fortegn avvekslende tilnærmelsesvis samme spenning som mellom 9 og lOuttas når samtidig bryterne 6 og 8 åpner, bryterne 5 og 7 lukker eller etter en forutvelgbar periode alle fire brytere samtidig kobler, dvs. bryterne 5 og 7 åpner og bryterne 6 og 8 lukker. Ifølge oppfinnelsen blir kun bryterne 6 og 7 styrt avg styreinnretnlngen, idet bryterne 5 og 8 på grunn av Zenerdlodene 13 og 14 er således korrelert med bryterne 6 og 7, at de tvangsmessig medkobles, når en impuls fra styreinnretnlngen 9 kommer på de potensialmessig dyptliggende brytere.

Styrespenningen på bryteren 8 er identisk med spenningen på Zenerdioden 14. Alt ettersom om dioden drives i sperreretning eller lederetning, fastlegger den entydig koblings-tilstanden. En spenning over den i lederetning drevne Zenerdiode 14 fører til en åpning av bryteren 8, mens derimot bryteren 8 lukkes, mens spenningsreduksjon over den i sprerreretning drevne Zenerdiode 14 virker som positiv styrespenning. Motstandene 18, 19 er nødvendige for at Zenerdlodene skal kunne drives i sperreretning.

Tilsvarende modulasjonen fra styreinnretnlngen 15 står det til rådighet mellom klemmene 11 og 12 en vekselspenning med tilsvarende takt.

I figurene 2 til 4 er vekselretteren vist med forskjellige effektbrytere. Det dreier seg her dessuten kun om prinsipp-skisser, ettersom koblingsutformningen, likesom en styreinnretnlng, er kjent for fagmannen.

De fire bryterne 5, 6, 7, 8 er i figur 2 N-kanal MOS-transistorer 20, 21, 22, 23 (24 er styreelektroden, 25 drenelektroden, 26 kildeelektroden). Motstanden 18, 19 tjener til drift av Zenerdlodene i sperreretning. Ved den i lederetning drevne Zenerdiode 13 bevirker den negative spenning mellom styreelektrode 24 og kilde 26 sperringen av den øvre bryter 20. Kondensatoren 29, 30 tjener til den hurtige oppladning av den parasittiske styreelektrode-kapasitet under koblingsforløpet. Motstandene 27, 28 skal dempe mulige egensvingninger ved høye frekvenser. Anodene 31, 32 på Zenerdlodene 13, 14 ligger prinsippielt til last, idet katodene 33, 34 ligger til de potensialmessig dyptliggende effektbrytere 21, 22. Ved en drift av vekselretteren som bipolar strømgenerator, må de potensialmessig dyptliggene N-kanal MOS-transistorer kobles mellom kilde 26 og jord 10 med motstander.

En vekselretter med fire NPN-bipolartransistorer (39 emitter, 40 basis, 41 kollektor) er vist i figur 3.

En ytterligere bryterkombinasjon viser figur 4. De to høytliggende bryterne 5 og 6 er her tyristorer 42, 43, mens de to potensialmessig dyptliggende brytere 6, 7 her utgjøres av to bipolartransistorer 44, 45.

Claims (4)

1. Vekselretter som Inneholder en jordet likespennlngskllde (9, 10), fire styrbare effektbrytere (5, 6, 7, 8), en styreinnretnlng (15) og en vekselspenningsutgang (11, 12), karakterisert ved at kun de to potensialmessig dyptliggende effektbrytere (6, 7) styres av styreinnretnlngen (15), at det mellom de potensialmessig dyptliggende effektbrytere (6,7) og vekselspenningsutgangen (11, 12) er tilstede en Zenerdiode (13, 14) med katodesiden (28, 29) tilført effektbryteren (6, 7), at styrespenningen av den korresponderende potensialmessig høytliggende effektbryter (5, 8) alltid tas fra katodesiden (33, 34 ) av Zenerdioden (13, 14), og at katodesiden av Zenerdioden (13, 14) er forbundet med likespenningskildens (9, 10) positive pol over en motstand (18, 19).

2. Vekselretter som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst to koblingselementer er utformet som N-kanal MOS-transistorer (20, 21, 22, 23).

3. Vekselretter som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst to koblingselementer er utformet som NPN-bipolartransistorer (35, 36, 37, 38).

4. Vekselretter som angitt i krav 1, karakterisert ved at misnt to koblingselementer er utformet som tyristorer (42, 43).