194450. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés villamosenergia-forrás feszültségéből váltakozófeszültséget előállító kapcsolóüzemű átalakítóhoz
1 194 450 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés villamosenergiaforrás feszültségéből váltakozófeszültséget előállító kapcsolóüzemű átalakítóhoz, amelynek transzformátorához csatlakozó, vezérelhető legalább két áramirányító ága, a legalább kél áramirányító ágat egy-egy főelektródája és vezérlőelektródája közé kapcsolt vezérlőjellel felváltva bekapcsoló vezérlőegysége és váltakozófeszültségű kimenete van. Egyen- vagy váltakozófesziiltségíí villamosenergia-forrás feszültségéből a bemenettől eltérő frekvenciájú vagy szintű, a bemenetet a kimenettel transzformátoron át összekapcsoló, kapcsolóüzemben működtetett félvezetős energiaátalakítók alkalmazási köre igen tág (egycn/egyenfeszültségű, egyen/váltakozófeszültségű, váltakozó/váltakozófeszültségű energiaátalakftök, ciklokonverterek stb.). Használatukra számos példa van, példáid az egyenfeszültségű kapcsolóüzemű tápegységek, a szünetmentes egyen- és/vagy váltakozófeszültségű energiaellátást biztosító statikus energiaátalakítók, villamos hajtások stb. területén. Az e célból használt energiaátalakító kapcsolások működési elvének közös jellemzője, hogy a bemenet feszültségét be- és kikapcsolható, rendszerint vezérelhető félvezető elemeket tartalmazó áramirányító ágak valamilyen ütemben, rendszerességgel és periodicitással úgy kapcsolják egy transzformátor primer tekercsére, bogy a transzformátorban váltakozó fluxus álljon elő. F fluxus által indukált váltakozófeszültséget vagy közvetlenül, vagy egyenirányítva, vagy modulált esetben demodulálás után lehet hasznosítani- Ha a transzformátor primer tekercsére c periodikus működtetés pozitív és negatív félperiódusában nem azonos nagyságú feszültség-idő terület jut, a fluxusban fellépő egyenösszetevő miatt a transzformátor vasmagja telítésbe jut. F.nnek következtében az egyes áramirányító ág(ak) árama a félvezető elemek tönkremenetelét is okozható mértékben megnő. F nemkívánatos jelenség különösen ultrahangfrekvenciáva! működő tranzisztoros energiaátalakítóknál jelentkezik. Okozója ez esetben rendszerint a tranzisztorok vezetőirányú feszültségesésének szórása, toyábbá a nagyobb áramot vezető félvezető elemek növekvő tárolási ideje. A be- és kimenet között lévő transzformátor telítődésének megakadályozására több módszert dolgoztak ki. A sikeresebben alkalmazottak közé sorolható például a soros kondenzátoros leválasztás, a transzformátor mágneses ellenállásának növelése légréssel, a légrésfluxus egyenösszetevőjének érzékelése Hall-elemmel vagy a transzformátorra helyezett külön tekercs segítségével és az áramirányító ágak ennek függvényében való változtatása (például Powerconversion ’79 München, Buliiga, J.: Transformer with means of sensing impending stauration, PC 79-1.6.), a félvezetők túláramvédelmének felhasználása (például MOTOROLA Appl. An -737 A, Haver, R.J.: Switched mode power supplies highlighting a 5 V, 40 A inverter design) stb. A kondenzátoros leválasztás, a légrésnövelés járulékos veszteséget okoz, a túláramvédelem felhasználása az egyes áramirányító ágak áramterhelését szimmetrizálja ugyan, de csak az áramvédelmi küszöb környékén és az energiaátalakító túláramvédelmének optimalizált kialakítási szempontjainak a rovására. A találmány célja az energiaátalakitó kapcsolási felrendezésének olyképpen való kialakítása, hogy a bemenet és a kimenet közé iktatott transzformátor telítődése és ennek következtében az áramirányító ágak félvezető elemeinek túlterhelődése és tönkremenetele elkerülhető legyen. A kitűzött célt a bevezetőben említett kapcsolási elrendezéssel a találmány szerint úgy értük el, hogy a legalább két áramirányító ággal egy-egy csúcsértéket képező áramérzékelő van sorbakapcsolva, az egy-egy csúcsértéket képező áramérzékelő külön-külön kimenete különbségxépző egy-egy bemenetéhez csatlakozik, a különbségképző kimenete pedig a vezérlőegységnek a felváltva bekapcsolt legalább két áramirányító ág bekapcsolási időtartamát egymáshoz viszonyítva megváltoztató aszimmetria helyesbítő bemenethez van kötve. A kitűzött célt biztosító előnyös kiviteli alaknál az egy-egy csúcsértéket képező áramérzékelő, a legalább két áramirányító ággal, külön-külön primer tekercsével sorbakapcsolt egy-egy áramváltóból, az egy-egy áramváltó külön-külön szekunder tekercsére egyik végével csomópontba is kötött egy-egy terhelőellenállásból, az egy-egy terhelőellenállás másik végéhez kapcsolt külön-külön csúcsértékképző egyenirányító kimenete pedig az egy-egy csúcsértéket képező áramérzékelő külön-külön kimeneteként van kialakítva. Egy további kiviteli alaknál a legalább két áramirányító ággal sorbakapcsolt egy-egy áramváltónak külön-külön tercier tekercse is van, a külön-külön tercier tekercs pedig a legalább két áramirányító ág egy-egy főelektródája és egy-egy vezérlőelektródája közé külön-külön ellenálláson át van kötve. Egy középpontkapcsoláshoz alkalmas kiviteli alaknál a legalább két áramirányító ág egy-egy főelektródája közös pontba van kötve, ez a csomóponthoz csatlakozik, az egy-egy terhelőellenállásból álló áramkörökbe pedig a legalább két áramirányító ág egy-egy vezérlőelektródája és egy-egy főelektródája is sorosan van bekötve. További kiviteli alaknál az energiaátalakítónak a legalább két áramirányító ág bekapcsolási idejét a vezérlőegység szabályozó bemenetén át befolyásoló áramszabályozó bemenettel ellátott áramszabályozó egysége is van, amelynek áramszabályozó bemenetéhez az egyik végével csomópontba kötött terhelőellenállás másik végéhez kimenetén összekötött egy-egy áramátlagképző egység is csatlakozik. Egy további előnyös kiviteli alak szerint az energiaátalakító működésének letiltására a vezérlőegység tiltó bemenettel is el van látva és az egy-egy csúcsértéket képező áramérzékelő külön-külön kimenete egy-egy csúcsértéket képező áramérzékelő külön bemenetére is csatlakozik, az egy-egy szintérzékelő kimenete pedig a vezérlőegység tiltó bemenetéhez van kötve. A találmányt rajz szerint ismertetjük, amelynek ábrái a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy-egy kiviteli alakjának példájául is szolgálnak. A rajz 1. ábrája a találmány szerinti kapcsolási elrendezés példakénti kiviteli alakját mutatja, 2. ábrája példakénti kiviteli alak a találmány szerinti kapcsolási elrendezés csúcsértéket képező áramérzékelőjének kialakítására, 3. ábrája a találmány szerinti kapcsolási elrendezés példakénti kiviteli alakja a csúcsértéket képező áramérzékelő felhasználására a terhelőárammal arányos nagyságú vezérlőjel előállítása céljából, 4. ábrája a találmány szerinti kapcsolási elrendezés példakénti kiviteli alakja egyutas áramirányító kapcsolásnál, 5. ábrája példakénti kiviteli alak a találmány sse-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
