SE511096C2 - Chopperströmkälla av flyback-typ - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 511 096 tion, USA.

I detta exempel omfattar strömkällans sekundär- krets två sekundärlindningar som betecknas med hänvisning- arna B och C. Sekundärlindningens B ena pol är kopplad till jorden, och en likriktardiod D2 och en utgàngskonden- sator Coutl är seriekopplade mellan denna pol och lind- ningens andra pol. I strömkällans av sekundärlindningen C bildade huvudutgàng (+5 V) har likriktardioden ersatts med en av' en. effekttransistor' bildad. likriktarkoppling SW2 vars drain-elektrod är kopplad till lindningens C ena pol och source-elektrod till jorden.

Enligt uppfinningen tas en styrspänning Ut till likriktarkopplingens SW2 galler från reglerkretsens 13 styrutgång PWM via ett inverterarorgan, såsom en inverte- rande förstärkare 14. Termen inverterarorgan hänvisar här till ett organ som konverterar den logiska ett-nivån hos reglerkretsens utsignal till en logisk noll-nivå och vice versa (omvandlar styrspänningen Up till en styrspänning Ut).

Genom användning av den från reglerkretsens 13 styrutgáng PWM erhållna styrspänningens Up (figur 2a) po- sitiva pulsar, görs kopplingen SWl ledande med en icke-in- verterande isolerad förstärkarkrets 22. Den icke-inverte- rande förstärkarkretsen 22 är förverkligad på så sätt att den håller nivån hos sina in- och utsignaler identisk obe- roende av det använda pulsförhàllandet. Styrspänningen be- tecknas med hänvisningen Uf. Härvid då kopplingen SWl är stängd (ON-tillstånd), ökar primärströmmen Ip (figur 2c) lineärt, och transformatorn lagrar energi i sitt magnet- flöde (i luftgapet). Då kopplingen SWl är i strömledande tillstånd, är kopplingen SW2 icke-ledande eftersom den er- håller sin styrning i inverterad form via förstärkaren 14.

I figurerna l och 2b betecknas denna styrspänning med hän- visningen Ut. Då transformatorns 10 primärström Ip, som inmatas medelst en strömmätningstransformator 21 till reg- 10 15 20 25 30 35 511 096 3 en effektmosfet (visad i figuren) eller en i primärkretsen befintlig bipolär transistor. Kopplingen SW1, vars drain- elektrod är kopplad till primärlindningens ena pol och vars source-elektrod är direkt kopplad till en inspännings Uin minuspol, bryter en primärström som löper genom pri- märlindningen A.

Strömkällan omfattar ytterligare en reglerkrets 13 som styr kopplingen. Reglerkretsen styr utspänningar, +12 V och +5 V (huvudutgång) i detta exempel, genom regle- ring av kopplingens SW1 arbetscykel (duty cycle). Regle- ringen utförs genom pulsbreddsmodulering (PWM), dvs. genom reglering av förhållandet mellan längderna för kopplingens ON- och OFF-perioder. Reglerkretsen 13, som styr kopp- lingspulsens bredd, kan fungera antingen i på utspänningen baserad spänningsmod (voltage mode) eller i. på primär- strömmen och utspänningen baserad strömmod (current mode).

Största delen (ca 80%) av nutida flyback-chopperströmkäl- lor använder strömmodskretsar (eftersoux strömmodsregle- ringen ger regleringen en bättre fasmarginal än spännings- modsregleringen). Den i figuren 1 visade exemplets regler- krets är sålunda en strömmodsreglerkrets 13 som fungerar pá basis av spänningsinformation från chopperströmkällans utgång och primärströmsinformation. Spänningsinformation leds till reglerkretsens spänningsáterkopplingsingång Vfb genom att prov tas ur huvudutgángens utspänning medelst spänningsdelningsmotstånd R4 och R5. Information om pri- märströmmen leds till reglerkretsens strömmätningsingång Is^via en i primärkretsen belägen strömmätningstransforma- tor 21. Eftersom kopplingen SWl i detta fall är belägen på primärsidan, behövs en med galvanisk separering försedd separat förstärkarkrets 22 för att styra kopplingen.

Driftspânning till reglerkretsen erhålls från +12-V-ut- gången. Driftspänningens ingång betecknas med Vc. Regler- kretsen 13 kan vara t.ex. av typ UC3843 (eller någon annan krets i samma familj), tillverkare t.ex. Unitrode Corpora- 10 15 20 25 30 35 511 096 6 Kretsen enligt uppfinningen kan likasåväl för- verkligas i en sådan strömkälla där PWM-reglerkretsen är placerad pá. primàrspânningarnas sida. Detta alternativ visas i figur 3. I detta fall bildas spänningsinformation medelst en àterkopplingskrets FB genom att prov tas ur ut- spänningen medelst spänningsdelningsmotstånd R2 och R3 till en amplitudmoduleringskrets 16 som är galvaniskt kopplad till sekundärsidans utgång. Amplitudmodulerings- kretsens utsignal år via en galvanisk skiljetransformator 15 kopplad till reglerkretsens 13 spänningsåterkopplings- ingång Vfb. Information om primärströmmens storlek erhålls t.ex. med ett strömmätningsmotstånd Rm (kopplat mellan kopplingens SW1 source-elektrod och inspänningens minus- pol) genom att prov tas ur en över motståndet inverkande spänning till reglerkretsens strömmätningsingàng Is. Amp- litudmoduleringskretsen kan vara t.ex. av typ UC3901, tillverkare t.ex. Unitrode Corporation, USA. Andra till- verkare erbjuder kretsar av samma typ. Även i det i figur 3 visade alternativet tvångs- styrs likriktarkopplingen SW2 medelst reglerkretsen genom alstring av en styrspänning Ut från reglerkretsens utsig- nal Up medelst den inverterande förstärkaren 14 som i det- ta fall är isolerad, eftersom den är kopplad från primären till sekundären. Även i detta fall kan den inverterande förstärkaren 14 omfatta organ för förkortning av styrpul- sarna. Ãven om uppfinningen har ovan beskrivits med hän- visning till på bifogade ritningar visade exempel, är det uppenbart att den på inget vis är begränsad till det, utan kan varieras inom ramen av den till grund för uppfinningen liggande, ovan och i bifogade patentkrav beskrivna idén. I princip kan lösningen enligt uppfinningen även användas i samband med en i spänningsmod fungerande reglerkrets (t.ex. UC 3524, tillverkare Unitrode Corporation, USA), även om uppfinningen har ovan beskrivits endast i samband 10 15 20 25 30 35 511 096 5 lerkretsens strömmätningsingàng Is, har stigit till ström- nivån, ändrar reglerkretsens utgång PWM sitt tillstånd.

Härvid, då kopplingen SW1 kopplas till icke-ledande till- stånd (OFF-tillstànd) och kopplingen SW2 kopplas till ledande tillstànd (ON-tillstànd), vänder den i transforma- torns magnetflöde lagrade energin om lindningens spänning (flyback-fenomen), varvid ström börjar flyta i sekundär- lindningarna. Till skillnad från primärströmmen, minskar sekundärströmmen lineärt under kopplingens SW1 OFF-till- stånd (figur 2b). Samtidigt uppehåller sekundärströmmen erforderliga utspänningar över utgàngskondensatorerna Coutl och Cout2.

Flyback-strömkällan enligt uppfinningen fungerar i sk. kontinuerlig mod, dvs. att den i transformatorn lag- rade energin inte fullståndigt urladdas under kopplingens SW1 OFF-tillstànd. Transformatorn 10 har byggts på basis av ett varierande Am=vârde (lindningens induktans L = AL- NQ); dvs. Am-värdet förändras då amperevarv NI förändras (var N är antalet varv och I är ström) för att funktionen skulle äga rum i kontinuerlig mod inom ett möjligast brett inspännings- och effektomràde. Pâ så sätt blir transforma- torn även mindre till storleken än tidigare.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinning- en förkortas styrpulsarna i förstärkarkretsen 22 och/eller i förstärkaren 14 så att laddnings- och urladdningsfaser- nas kanter inte överlappar tidsmässigt. Detta visas i fi- gurerna 2a - 2c med streckade linjer. På så sätt kan verk- ningsgraden ytterligare höjas.

För att öka verkningsgraden och kopplingens SW2 funktionshastighet kan en backriktningsdiod Dl kopplas från kopplingens drain-elektrod till jorden. Dioden säkrar att ström inte löper i kopplingen SW2 under kopplingens OFF-tillstànd. Dioden fungerar även som ett slags säker- hetsorgan eftersom den utför likriktning ifall likriktar- kopplingen SW2 inte fungerar. 10 15 20 25 30 511 096 Patentkrav 1. Chopperströmkälla av flyback-typ i kontinuer- ligt tillstånd, vilken omfattar - en med primär- och sekundärlindningar (A, B, C) försedd transformator (10), genom vilken effekt överförs från primären till sekundären, - en första, i. primärkretsen. belägen koppling (SWl) som bryter den via transformatorns primärlindning (A) genomgående primärströmmen; - en reglerkrets (13) som styr nämnda första kopp- ling och reglerar strömkällans utspänning medelst puls- breddsmodulering genom reglering av förhållandet på längden hos kopplingens (SW1) ON- och OFF-perioder, och - eni.sekundären.anordnad likriktarkoppling (SW2) som fås att vara icke-ledande i ett energiladdningsskede då energi laddas i transformatorn (10) och att vara ledande i ett energiurladdningsskede då energi urladdas fràn.primären till sekundären, k ä n n e t e c k n a d av att regler- kretsens utsignal (Up), som styr den första kopplingen, är funktionellt kopplad som en styrsignal (Ut) för likriktar- kopplingen (SW2) via ett inverterarorgan (14) för att turvis koppla likriktarkopplingen till ledande och icke- ledande tillstànd, och att strömkällan.ytterligare omfattar organ för förkortning av pulsarna i reglerkretsens utsignal (Up) innan de kopplas till likriktarkopplingen (SW2). 2. Chopperströmkälla enligt patentkrav 1, k ä n - n e t e c k n a d av att nämnda förkortningsorgan ingår i inverteringsorganen (14). 3. Chopperströmkälla enligt patentkrav 1, k ä n - n e t e c k n a d av att en diod (Dl) är kopplad paral- lellt med en av likriktarkopplingen (SW2) bildad strömväg. 511 096 7 med en i strömmod fungerande reglerkrets. Härvid förloras dock de av en i strömmod fungerande reglerkrets erbjudna fördelarna jämfört med en i spànningsmod fungerande reg- lerkrets.