186166. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés szigetelt DC/DC stabilizált feszültségátalakító előállítására, különösen elektronikus berendezések számára
1 186 166 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés szigetelt DC/DC stabilizált feszültségátalakító megvalósítására, amely kis és közepes teljesílményigényü híradástechnikai és számítástechnikai berendezések tápellátására alkalmas. Az áramköri elrendezés különösképpen alkalmas társasvonali távbeszélő rendszerek, valamint tárolt programvezérlésű PCM kapcsolómezővel ellátott távbeszélőközpontok táplálására. Előnyösen alkalmazható kis és közepes méretű mikroproceszszorral vezérelt berendezésekben, továbbá minden olyan helyen, ahol a jó hatásfok és a stabilitás követelmény. Ismertek a hazai és külföldi szakirodalomból - valamint a gyakorlatból - a szigetelt DC/DC átalakítók különböző fajtái. Minden ilyen átalakítónál alapvető feladat a kimenőfeszültség és áram figyelése, illetve ezek változásának a primer oldalra történő szigetelt közvetítése. Az 5 334 809 Isz. japán szabadalmi leirásból olyan megoldást ismerhetünk meg, ahol az átvitt teljesítményt tartják közel állandó értéken. Ezen megoldásnál a bemeneti egyenfeszültség söntellenálláson keresztül kerül a nagyfrekvenciás teijesítménytranszformátorra. A kapcsoló elem a két tranzisztor, amelyeket a vezérlő egység hajt meg. A nagyfrekvenciás teljesítménytranszformátor szekunder oldalán kétutas egyenirányítás van. A kimenőfeszültség nagyságát egy áramkör érzékeli és áramjelet képez. A söntellenálláson a befolyó árammal arányos feszültség keletkezik, amely egy illesztő egységen keresztül a műveleti erősítőre jut, amelynek kimenetén a befolyó árammal arányos áramjel lép fel. A befolyó árammal arányos, illetve a kimeneti feszültségből képzett áramjel egyensúlyi állapotának felbomlása vezérli a vezérlő egységet mégpedig oly módon, hogy az olyan értelemben változtassa meg a kitöltési tényezőt, hogy az egyensúlyi állapot ismét helyreálljon. Ezen megoldás úgy a célkitűzésében, mint a megoldásában eltér a találmány szerinti kapcsolási elrendezésünktől, Az ismert megoldás állandó teljesítményre, az általunk javasolt megoldás pedig állandó kimenőfeszültségre szabályoz. A feszültségfigyelés egyik legismertebb módszere, hogy a vezérlő és a meghajtó áramkör számára külön segédfeszülíséget alkalmaznak. Ezen megoldásoknál lehetőség van a vezérlő áramkör érzékelő bemenetének a kimenethez való galvanikus csatlakoztatására. Ez esetben a meghajtó áramkör a kapcsolótranzisztorokat csak a galvanikus elválasztást biztosító impulzustranszformátoron keresztül vezérelheti. Erre a megoldásra példa a Philips cég 2000V-22W-os konvertere, amely megtalálható Ferenczi Ödön: Kapcsolóüzemű tápegységek című könyvének 218. oldalán a 6.30. ábrán. Ezen megoldásnál a bejövő 220 V váltakozófeszültséget egyenirányítják, szűrik és a nagyfrekvenciás teljesítménytranszformátor primer tekercsén keresztül a kapcsoló elemre vezetik. A kapcsoló elem vezérlését egy további transzformátoron keresztül egy integrált vezérlő áramkör látja el. Ez a vezérlő áramkör 24 V-os egyenfeszültséget igényel, amit külön elő kell állítani. Ezen megoldás hátránya, hogy költséges, mert külön segédfeszültségre, transzformátorra, egyenirányító és szűrőáramkörre van szükség. Ismeretes olyan kapcsolási elrendezés is, amelynél az integrált vezérlő áramkör tápfeszültség ellátása egy 10 V-os segédfeszültségről történik. Ilyen a Ferranti cég 5 V-40 A-es DC/DC konvertere, amely megtalálható Ferenczi Ödön: „Félvezetős feszültségátalakítók” című könyvének 12.19. ábráján. A kapcsolótranzisztorok vezérlése szigetelt impulzustranszformátoron keresztül történik. A megoldás hátránya, hogy az integrált vezérlő áramkör érzékelő bemenete galvanikusan van a kimeneten, és a vezérlő impulzusokat csak megfelelően szigetelt impulzustranszformátoron keresztül lehet a kapcsoló elemekre vezetni. A megoldás további hátránya, hogy a tápegység indítására külön segédáramkört kell alkalmazni. A jelenleg forgalomban lévő korszerű integrált vezérlő áramkörök tápfeszültség igénye minimum 7 V, míg a legtöbb konvertert 5 V-os kimenő feszültségűre kell készíteni, mivel mind a TTL, mind a mikroprocesszoros áramkörök ezt igénylik, így ezen igény kielégítésére ez a megoldás nem alkalmazható. Ismeretes olyan megoldás is, ahol a szekunder oldali változások hatása optikai csatolón keresztül jut a primer oldalra. (Lásd: Ferenczi Ödön: „Félvezetős feszültségátalakítók” című könyvének 263. oldalán lévő 11.47. ábrát.) Ennek előnye, az előzőekben említett mindkét megoldáshoz képest, hogy olcsóbb, mert elmarad az említett elrendezésnél szükséges segédfeszültség, illetve a másik módszernél alkalmazott indító segédáramkör. Az elrendezés további előnye, hogy 5 V-os, vagy ennél kisebb feszültségű kimenet is megvalósítható. Az optikai csatolós feszültségvisszacsatolás az optikai csatoló üzemmódjától függően két csoportba sorolható. Az egyik megvalósításnál az optikai csatoló analóg üzemmódban dolgozik. Ennél a megoldásnál az optikai csatoló dióda karakterisztikája és annak változása a hőmérséklet függvényében alapvetően meghatározza a kimenő feszültség stabilitását. A másik megoldásnál az optikai csatoló kapcsoló üzemben működik, ezzel a hőmérséklet függés kiküszöbölhető. A jelenleg forgalomban lévő integrált vezérlő áramkörökhöz az optikai csatoló illesztése csak bonyolult áramköri elrendezéssel lehetséges, ha ezt a megoldást nagy megbízhatóságú ipari berendezésekben kívánjuk alkalmazni. Egyébként ezen áramköri elrendezések további hátránya, hogy a beállított kapcsolási frekvencia csak szűk bemenő feszültség és terhelő áram változás mellett adja a kívánt stabilitást. A felsorolt áramköri megvalósításoknál az árammal arányos feszültség illesztése az integrált szabályozó áramkörökhöz csak kompromisszum árán lehetséges, mert az áramköri elrendezés magában hordozza áramkorlátozásos üzemmódban a gerjedési hajlamot. Növekvő túlterhelés hatására az egyre csökkenő impulzusszélességet a beállított frekvenciával nem tudja az áramkör a vezérlő elemekre rákényszeríteni. Célunk, hogy a találmány szerinti kapcsolási elrendezések az előzőekben felsorolt hátrányokat kiküszöböljük. Kitűzött célunkat azáltal érjük el, hogy olyan 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
