SE522758C2 - Anordning för att höja likspänning från ett första värde till ett andra värde - Google Patents

Description

1;»\> 522 7528 :::=;::¿ ífië- Scottkydioder eller motsvarande dioder. Utspänningarna på diodernas katodsidor är i en föredragen utföringsform två gånger likspänningen av det lägre värdet minus spänningsfallet över respektive diod. En glättningsdrossel kan vidare vara anordnad före Iindningens mittuttag för att glätta likspänningen av det första värdet. Anordningen kan vidare innefatta en övervakningsenhet som tillser att respektive omkopplingsorgan eller transistorpar leder så lång tid under genereringen av likspänningen med det andra värdet att det kompenserar effekter från föreliggande skillnader i resistans och/eller induktans i respektive lindningshalva på transformatorn och/eller resistansema i omkopplingsorganen eller transistorparen. Övervakningsenheten kan även tillse att omkopplingsorganen eller transistorparen fungerar väl vid uppstart. I en föredragen utföringsform ingår en regulator som är anordnad att effektuera en optimal dutycycle för likspänningen med det andra värdet. I anordningen utnyttjas en sàgtandspänning som styr till- och frànslagstiderna för omkopplingsorganen eller transistorparen.

Regulatom eller övervakningsenheten kan därvid påverka lutningen på sàgtandspänningen på sådant sätt att omkopplingstiden för respektive omkopplingsorgan eller transistorpar antar värde som medger att ändringama i magnetflödena blir lika stora vid respektive omkoppling. Regulatom kan vidare avkänna ström i transformatorns eller spolens lindningshalvor, t.ex. med hjälp av två mätmotstànd eller motsvarande organ. Spänningen eller spänningarna som därvid uppträder över motstànden eller motsvarande organ påverkar till- och frànslagstidema för omkopplingsorganen eller transistorparen och förhindrar på så sätt att maximala strömbörvärden överskrides. En av regulatorn genererad felspänning kan därvid styra frånslagsnivàn i respektive omkopplingsorgan eller transistorpar. Ytterligare ut- föringsexempel av uppfinningsföremàlet framgår av efterföljande underkrav.

Genom uppfinningen möjliggöres en omvandlare som totalt sett ger små förluster genom att vissa förluster uppkommer endast i utnyttjade dioder och omkopplingsorgan.

Yttermåttsreducering blir möjlig genom att den utgående spänningen inte behöver filtreras i någon högre grad och att drosslar och stora kondensatorer kan elimineras. I en föredragen utföringsform arbetar omvandlaren som en ren spänningsfördubblare och behöver därför inte förses med någon komplicerad regleringsfunktion. Dessutom kan i och för sig tekniskt väl beprövade komponenter utnyttjas. Transformatorn byggs som en del av ett kretskort, vilket garanterar för liten yttre volym totalt sett.

FIGURBESKRIVNING En för närvarande föreslagen utföringsform av en anordning som uppvisar de för uppfinningen signifikativa kännetecknen skall beskrivas i nedanstående under samtidig hänvisning till bifogade ritningar där augxn 522 t^7§8 i figur 1 i detaljschemaform visar ett konstruktivt utförande av uppfinningen, figur2 i diagramform visar utformningen på en sågtandsspänning som genereras av en i figuren 1 ingående regulator, varvid ett första utförande av sågtandsspänningen visats med heldragen linje och ett andra utförande av sàgtandsspänningen visats med en punktstreckad linje, figur3 diagramform visar frànslagspunkten som bestämmes av såg- tandsspänningen och en av en felspänning bestämd frånslagsnivå, och figur4 i diagramform visar periodtider för ett i figuren 1 ingående om- kopplingsorgan eller ett transistorpar.

I figuren 1 anges med L1 en transformator samt med D1 och D2 två Scottkydioder.

Dessutom ingår en regulator REG av typ UC 2825 A som kan tillhandahållas på den allmänna marknaden. Anordningen innefattar även ett switchslutsteg SSL, som i sin tur innefattar två i switchkopplingar anordnade transistorpar Q1, Q2 respektive Q3, Q4.

Dessutom ingår en övervakningsenhet OVE som kan anses ingå i eller samverka med nämnda regulator REG. Nämnda övervakningsenhet innefattar bl.a. en enhet U1 och en transistor Q5. Dessutom ingår en glättningsdrossel L2 som år ansluten till transforrnatoms L1 mittpunkt. Transformatom är en s.k sparkopplad transformator.

Mittpunkten är angiven med M. Respektive nedände N, N' pulsas med transistorparen Q1, Q2 respektive Q3, Q4. Pulsförhållandet (duty cycle) för switchningenlper transistorpar skall vara så nära 50% som möjligt. En inkommande spänning om +12 volt, dvs. pluspolen på en spånningskälla SK, är ansluten till nämnda mittpunkt M via nämnda glättningsdrossel L2. Nämnda transistorpar Q1, Q2 respektive Q3, Q4 kommer vid sina respektive aktiveringar att förorsaka att lindningsändama N respektive N' anslutes till nollpotential NO respektive NO'. Transformatorn är därvid kopplad så att 50% duty cycle/per transistorpar kan uppnås. Utspänningen på D1 och D2 katodsida blir därvid 2 x inspänningen-spänningsfallet över dioden D1 respektive D2. I idealfallet behövs därvid ingen eller endast liten filtrering av utspänningen eftersom denna då i princip blir en ren DC-spänning. Nämnda utgående spänning är väsentligen lika med + 24 volt och ifrågavarande utgående spånningskälla är representerad med US. Nämnda regulator REG är ställd så att maximal duty cycle uppnås utan att transistorparen Q1, Q2 respektive Q3, Q4 genomleder med haveri som följd.

I enlighet med uppfinningstanken har speciella åtgärder vidtagits vid transfor- matorkopplingen L1 så att denna inte likströmsmagnetiseras, vilket skulle medföra att r-nr: ~ ~ ~ - o» s22~¿ss switchslutsteget SSL skulle haverera. En dylik Iikströmsmagnetisering skulle nämligen kunna ske på grund av att magnetflödesändringarna i transformatorn ej kommer att vara lika när respektive transistorpar switchar. Orsaker till detta beror bl.a. på skillnad i resistans/induktans i respektive lindningshalva på transformatorn. Skillnaden i ”ON”- resistans för respektive transistorpar kan även inverka. Nämnda speciella åtgärder gàr därför ut att skydda switchslutsteget SSL och i det föreslagna utföringsexemplet arbetar därför uppfinningen med en övervakningsfunktion som effektueras av övervakningsenheten OVE. Denna enhet innefattar enligt ovan transistorn Q5 samt enheten U1 som garanterar att respektive transistorpar leder lagom lång tid vardera.

Transistorn Q5 verkar dessutom vid uppstart av anordningen så att slutsteget erhåller en mjuk uppstart. l enlighet med nedanstående effektuerar regulatorn REG en sågtandsspänning och enheten U1 är anordnad att påverka lutningen på denna såg- tandsspänning så att switchtiderna för respektive transistorpar utformas för att medge att magnetflödesändringarna genom transformatorns järnkärna blir lika stora när slutsteget switchar. Sågtandsspänningen som genereras av regulatom tillsammans med i figuren visade kringkomponenter styr dessutom i sin tur till- och frànslagstider för switchtransistorerna.

Regulatorn REG arbetar dessutom med en strömbegränsningsfunktion där strömmen i transformatoms L1 respektive lindningshalva avkännes med två mätmotstànd. Med spänningen över dessa motstånd påverkas till- och frånslagstiderna för switchslutsteget så att maximalt strömbörvärde aldrig överskrids.

Då kretsen enligt figuren 1, liksom regulatorn REG, är uppbyggd på i och för sig känt sätt skall samtliga komponenter inte beskrivas närmare här i detalj, utan endast dess/deras anslutning och beröring i väsentliga delar med uppfinningsföremålet.

Regulatom REG innefattar en komparatorfunktion (PWM-komparator) till vilken anslutning sker via ingångar 1 och 7. Komparatorfunktionen styr de i ovan omnämnda switchorganens in- och urkopplingar via regulatorns utgång 14. Vid tillslag anslutes den elektromotoriska spänningen (Ein) till induktansen L och ett utgående spänningsvärde (Eut) om 2 * Ein kommer därvid att uppträda. Genom i och för sig kända summerings- och återkopplingsfunktioner erhålles härvid ett ltot. Resistansmätningsfunktionen (med R1 och R2 inblandade) kan därvid genomföras med sistnämnda ström och efter mätningen är högpassfunktion anordnad, liksom integreringsfunktion, i vilken kondensatorn C6 ingår. lntegreringsfunktionen erhålles pà regulatorns utgång 6 och bildar medelvärden av flödesförändringen under respektive halvperiod. Nämnda utgång 6 är ansluten till ingång 7 och till komparatorfunktionen är via ingång 1 även ansluten anslutningspunkten mellan resistanserna R6 och R5, över vilka nämnda Eut är ansluten. Om flödet ökar linjärt under en halvperiod är det tillräckligt om medelvärdet »vara « v o ~ u» 522 755.8 i av flödet < 1/2 mättnadsvärdet. Den av enheten OVE effektuerade mjuka uppstartningsfunktionen effektueras med hjälp av transistorn Q5, vars styringång är ansluten över resistansen R7 och kondensatorn C3. Till transistorns anod är anslutna resistanserna R13 och R14, till vilkas sammankopplingspunkt kondensatoms C3 ena sida är ansluten. Transistorns katod är ansluten till sammankopplingspunkten för resistansen R4 och kondensatorn C17, vars andra sida i sin tur är ansluten till dels kondensatorn C4, dels till de seriekopplade resistanserna R11 och R12. När Ein enligt ovan slås till (anslutes) uppträder en positiv puls på basen eller styringàngen till transistorn Q5, som därvid börjar leda. Kondensatom C17 laddas härvid under uppstartningsförloppet upp till ungefär rätt spänning. Under den fortsatta normala driften är transistorn Q5 spärrad.

I figuren 2 visas två olika av regulatorn REG i figuren 1 initierade sàgtandsspänningar RT (med heldragen linje) och RT' (punktstreckad linje). Valet av, dvs. lutningen pà sàgtandsspänningen väljes med hjälp av den i figuren 1 visade enheten U1 i övervakningsenheten. Sågtandsspänningen är i figuren 2 relaterad till en konstant spänningsnivå KN. l figuren 3 har en från ovanstående ojämnheter i transformatoms resistans eller induktans emanerad felspänning förorsakat en spänningsnivå NKN som är förändrad i förhållande till spänningsnivån enligt figuren 2. Denna förändring eller felspänning styr frånslagsnivàn i respektive transistorpar Q1, Q2 respektive Q3, Q4. Frànslagspunkter är i figuren 3 indikerade med FP respektive FP' som är relaterade till sågtandsspänningarna RT respektive RT”.

Refererande till figuren 3 ovan styr felspänningen på ingång 1 frånslagsnivàn (0-50%).

I normala fall är spänningen strax under 50%. Felspänningen strävar efter att hålla ifrågavarande utspänning konstant. Pulslängden (jämför figur 4) beror dels på lutningen på kondensatorspänningen VC6, dels på felspänningen (INV).

Uppfinningen är inte begränsad till den i ovanstående såsom exempel visade utföringsformen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (14)

PATENTKRAV

1. Anordning för att höja en likspänning från ett första värde till ett andra värde och innefattande ett järnförsett spolarrangemang försett med mittuttag och arbetande med primärspänning och utspänning samt omkopplingsorgan (SSL) anordnade att omväxlande effektuera potentialförändringar och där- igenom med hjälp av spolarrangemangets mot-emk bilda likspänningspulser med det andra värdet, k ä n n e t e c k n a d därav, att spolarrangemanget innefattar endast en lindning, vars mittuttag är anslutet till en likspänningskälla och vars ändar är anslutna till var sitt växelvis omkopplingsbara omkopplings- organ, och att vid inkoppling eller aktivering av respektive omkopplingsorgan detta förorsakar inkoppling av primärspänningen samtidigt med jordning eller potentialsättning av utspänningen.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att respek- tive omkopplingsorgan innefattar ett transistorpar (Q1, Q2 respektive Q3, Q4) och att respektive omkopplingsorgan eller transistorpar arbetar med ett om- kopplingsförhållande som ligger så nära 50% som möjligt.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att lindningsändarna (N, N') är anslutna till en utgång för likspänningen med det andra värdet via dioder, företrädesvis Shottkydioder (D1, D2) eller motsvarande dioder.

4. Anordning enligt patentkravet 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att utspänningen på diodernas (D1, D2) anodsidor är 2 x likspänningen av det lägre värdet eller spänningsfallet över endera dioden.

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att en glättningsdrossel (L2) är anordnad före lindningens mittuttag (M) för att glätta likspänningen av det första värdet. - ø | , u. 522 rss f

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en övervakningsenhet (QS, U1) anordnad att övervaka att respektive omkopplingsorgan/transistorpar leder en viss tid under genere- ringen av likspännlngen med det andra värdet för att motverka skillnader l resi- stans/induktans i respektive halva av Iindningen.

7. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att över- vakningsenheten (OVE) även tillser att omkopplingsorganen/transistorparen erhåller mjuk uppstart vid anordningens initiering.

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att en regulator (REG, OVE) är anordnad att effektuera ett optimalt pulsförhållande.

9. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att en sågtandsspänning styr till- och frånslagstider för omkopplingsorga- nen/transistorparen.

10. Anordning enligt något av patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k n a d därav, att övervakningsenheten (OVE) är anordnad att åstadkomma en lutning på sågtandsspänningen som medför att omkoppllngstiden för respektive omkopplingsorgan/transistororgan antar värde som medger att flödesändring- arna ijärnkärnan blir lika stora vid respektive omkoppling.

11. Anordning enligt något av patentkraven 8, 9 eller 10, k ä n n e t e c k- n a d därav, att regulatorn genererar sågtandsspänningen.

12. Anordning enligt något av patentkraven 8-11, k ä n n e t e c k n a d därav, att regulatom avkänner strömmen i lindningens båda halvor medelst två mätmotstånd eller motsvarande organ, och att en spänning eller spänningar som därvid uppträder över motstånden/de motsvarande organen påverkar till- och frånslagssidorna för omkopplingsorganen och därigenom förhindrar över- skridande av maximalt strömbörvärde. 522 758 n v » a n o» X

13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att den arbetar som en Iikspänningsdubblerare.

14. Anordning enligt något av patentkraven 6-13, k ä n n e t e c k n a d därav, att regulatorn innefattar en krets som genererar en styrspänning (RT) som styr respektive laddström, dvs. styr respektive periodstid.