186910. lajstromszámú szabadalom • Digitális üzemű váltakozó feszültség stabilizátor kapcsolási elrendezés
3 186910 4 A találmány tárgya gyors működésű digitális üzemű hálózati váltakozó feszültség stabilizátor kapcsolási elrendezés, mely egy több tekercsű, vagy több leágazási! feszültségszabályozó transzformátorból, e tekercsek illetve tekercsleágazások megfelelő módon való kapcsolására szolgáló elektronikus kapcsoló-rendszerből, továbbá ennek vezérlését végző vezérlő áramköröd! áll. Az elektromos energiaellátó hálózatok mind nagyobb leterheltsége miatt egyre kevésbé lehet arra számítani, hogy a hálózati feszültség sohasem fog lényegesen eltérni a névleges értéktől. Ugyanakkor az egyre szélesebb körben alkalmazásra kerülő, és mind bonyolultabbá váló elektronikus berendezések csak akkor működnek kifogástalanul, ha energiaellátásukra a névleges értéket megközelítő, elegendően stabil hálózati feszültség áll rendelkezésre. Az utóbbi években, mióta a nagyteljesítményű elektronikus kapcsoló eszközök a triac-ok, valamint a digitális integrált áramkörök széles körben elterjedtek és olcsóvá váltak, stabilizált hálózati feszültség előállítására egyre inkább használják a digitális üzemű stabilizátorokat. Ezeknek több előnyös tulajdonságuk van az analóg-üzeműekkel szemben, nevezetesen az, hogy olcsóbbak, kisebb méretűek, nem okoznak nemlineáris torzítást a stabilizált feszültségben, nem keltenek zavaró elektromágneses teret, jó hatásfoknak és gyors működésűek. A digitális üzemű stabilizátorok működésének az a lényege, hogy a hálózati feszültség többállapotó feszültségszabályozó transzformátorra kerül, melynek tekercseit vagy tekercsleágazásait elektronikus kapcsoló elemek mindig úgy kapcsolják, hogy a kimeneti feszültség az előirt tűréshatárok között maradjon. Ez a többállapotú feszültségszabályozó transzformátor lehet pl. egy autotranszformátor, melynek több primer leágazása van, és az elektronikus kapcsoló-rendszer a bejövő változó nagyságú hálózati feszültséget mindig az autotranszformátor megfelelő leágazására kapcsolja olymódon, hogy az autotranszformátor kimenő feszültsége az előirt tartományon belül maradjon. A 3 970 918 sz. USA szabadalmi leírás nagy sebességű lépéskapcsoló váltakozó áramú hálózati feszültség stabilizátort ismertet, melynek vezérlő áramköre fél periódusonként képes a benne lévő feszültségszabályozó transzformátort a szomszédos állapotba kapcsolni, ha a hálózati feszültség megváltozik. Ez az ismert megoldású digitális üzemű stabilizátor olyan speciális vezérlő áramkört tartalmaz, mely a stabilizátor kimeneti feszültségét érzékeli, és ennek a névleges értéktől való, a megengedettnél nagyobb eltérése esetén a feszültségszabályozó transzformátort a hálózati feszültség fél periódusidejének megfelelő időközönként a megfelelő irányú szomszédos állapotba kapcsolja mindaddig, amíg a kimeneti feszültség az előirt tűréstartományba nem kerül. Ugyanakkor oszcilláló lépések két szomszédos állapot között csak teljes periódusidőnek megfelelő időközönként történhetnek. Ez annak elkerülésére szükséges, hogy a kimeneti feszültség aszimetrikussá váljon, azaz egyenfeszültségű komponens keletkezzen benne. Nagy hálózati feszültségugrás esetén - minthogy egy fél periódusidő alatt csak egy szomszédos állapotba való átkapcsolás történhet - elég lassú a szabályozás, különösen ha a pontosabb szabályozás érdekében nagy az állapotok száma. Egy további ismert megoldást, kisveszteségű váltakozó feszültség stabilizátort tárgyal a 4 011 499 sz. USA szabadalmi leírás. Ez egy olyan digitális üzemű stabilizátor, melynek vezérlő áramköre a bemeneti, azaz közvetlenül a változó hálózati feszültség csúcsértékét érzékeli, így lehetővé válik, hogy a feszültségszabályozó transzformátort mindig egyetlen lépésben, egy és egynegyed periódusnyi időn belül a bejövő hálózati feszültség csúcsértékének megfelelő állapotba kapcsolja. Ezáltal az előbbi megoldáshoz képest megnő a szabályozás sebessége, nagyobb bemeneti feszültségváltozésok esetén még akkor is, ha a feszültség érzékelése periódusonként csak egyszer történik meg. Az, hogy a stabilizátor a feszültség csúcsértékét szabályozza nem hátrányos, ha a stabilizátor elsősorban elektronikus készülékek táplálására szolgál, mivel ezek általában éppen a hálózati tápfeszültség csúcsértékére érzékenyek. Az effektiv érték képzés viszont egyrészt bonyolultabb és drágább kapcsolási elrendezést'igényelne, másrészt pedig a szükséges integrációs idő miatt a szabályozás sebességét csökkentené. Ennek a megoldásnak az a legnagyobb hátránya, hogy a kimeneti feszültség változásait nem érzékeli, ezért a terhelő áram változásaiból a szabályozó transzformátor és az elektronikus kapcsolórendszer belső ellenállása miatt adódó kimeneti feszültségváltozások a kimeneti feszültség stabilitását rontják. További hátránya a megoldásnak, hogy kisebb mennyiségben felhasznált és ezért viszonylag drága integrált áramkörök alkalmazását is szükségessé teszi, mint pl. a digitál-analóg átalakító, vagy a nagy pontosságú óra generátor. A találmány szerinti kapcsolási elrendezéssel elektronikus és egyéb elektromos készülékek stabilizált hálózati feszültséggel való ellátását kívánjuk megoldani, a fent említett hiányosságok elkerülése mellett. Az ilyen célra alkalmas kapcsolási elrendezésnek az alábbi követelményeket kell kielégítenie:- a hálózati feszültség nagymértékű, ugrásszerű megváltozása esetén is a lehető leggyorsabban szabályozzon, azaz a feszültségszabályozó transzformátort egyetlen lépésben kapcsolja a megváltozott hálózati feszültségnek megfelelő állapotba;- egyenlítse ki a terhelő áram megváltozásaiból adódó kimeneti feszültségváltozásokat is;- vezérlő áramkörének a legolcsóbb, tömegesen felhasznált integrált áramkörökből kell felépülnie, mint amilyenek a műveleti erősítők, és egyszerű digitális áramkörök. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés mindezeknek a követelményeknek eleget tesz, mig az ismert megoldások csak részben elégítik ki azokat. A találmány szerinti megoldás lényege az, hogy a feszültségszabályozó transzformátor állapotait váltó elektronikus kapcsolórendszer vezérlésére szolgáló vezérlő áramkör a stabilizátor bemeneti és kimeneti feszültségét egyaránt érzékeli. Az érzékelt bemeneti feszültségnek megfelelő bináris szám párhuzamosan beiródik egy léptető regiszterbe, majd a kimeneti feszültség nagyságától függően léptetés történik, vagypedig a regiszter tartalma változatlan marad. A regiszter tartalma határozza meg azután, hogy az elektronikus kapcsolórendszer melyik állapotába kapcsolja a feszültségszabályozó transzformátort. A feszültségszabályozó transzformátor valamelyik állapotba 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
