194451. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés kapcsoló üzemű tápegység elektronikus kapcsolójának terhelésfüggő vezérlésére
1 194.451 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés kapcsoló üzemű tápegység elektronikus kapcsolójának terhelésfüggő vezérlésére. À nagyteljesítményű kapcsolóüzemű tápegységekben legelterjedtebben bipoláris tranzisztort alkalmaznak elektronikus kapcsoló elemként. A jó hatásfokú működéshez arra van szükség, hogy ezen tranzisztornak zárt állapotban csak elhanyagolhatóan kis árama legyen, nyitott állapotban pedig minimális feszültségesést okozzon. A szilícium tranzisztoroknál a zárt állapotban folyó áram igen kicsi, ezért ezzel nem kell foglalkozni, a nyitott állapotbeli feszültség értékének alacsony szinten való tartására azonban figyelmet kell fordítani. A fenti szempontot figyelembe vevő áramkörök, melyeket az eddigiek során kidolgozta!:, olymódon biztosítják a kis értékű nyitóirányú maradékfeszültség létrejöttét, hogy az adott tranzisztor szóbajöhető maximális áram-terheléséhez méretezik a bázisköri meghajtó áramkört. Ez azt jelenti, hogy katalógus adatok vagy mérés útján meghatározzák azt a bázisáram értéket, amely az adott kollektor áram esetén biztosan telítésbe viszi a tranzisztort, és a meghajtó áramkört úgy alakítják ki, hogy ezt az áramot „pumpálja” a kapcsolótranzisztor bázisába. Ilyen megoldásokat ismertetnek pl. Ferenczi Ödön: „Kapcsolóüzemű tápegységek” című könyvben (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1978) a 2.45, 2.50, 2.51 es 2.52 ábrákon. A meghajtó áramkör ilyen kialakítása esetén valóban minimális maradékfeszültség jön létre, és állandó terhelés esetén a működés optimális. Abban az esetben azonban, ha a terhelés változik, csökken, a viszonylag nagy bázisáram indokolatlanul sok töltést tárol a bázisba, és ezáltal a tranzisztor lezárása, a tárolt töltések kiürítése lasabban történhet meg. Mivel a tranzisztor hosszabb ideig van átmeneti állapotban, ez azt is jelenti, hogy a hatásfok romlik. Olyan megoldásokat is alkalmaznak, melynél a kapcsolótranzisztor vezérlő áramát vagy annak egy részét a kapcsolt áram egy részének visszavezetésével biztosítják, ezáltal csöláenő terhelő áram esetén a meghajtó áram is csökken. Ez a megoldás azonban azzal a hátránnyal jár, hogy a vezérlés kikapcsolása után a kapcsoló tranzisztor egy ideig - amíg a visszacsatolt áram a nyitásba vezérléshez elegendő - nyitott állapotban marad. Ismert továbbá a DE-PS 2040793 C 3 lsz. szabadalmi leírás szerinti kapcsolási elrendezés, amely kapcsolótranzisztor vezérlésére szolgál. A kapcsolási elrendezésben az egyenfeszültségforrás és a terhelés között áramváltó és kapcsolótranzisztor van elrendezve. A kapcsolótranzisztor vezérlését az áramváltón és további tranzisztorokon keresztül egy vezérlő fokozat végzi. A vezérlésben segédfeszültségforrások is részt vesznek. A kapcsolási elrendezés hátránya, hogy kizárólag galvanikus csatlakozású vezérlés megvalósítására alkalmazható, A találmány elé célul tűztük ki olyan áramkör kialakítását, mely a fenti hátrányokat kiküszöböli és lehetővé teszi, hogy a kapcsolótranzisztor csak azon szintig legyen kivezérelve, hogy az adott terhelésnél éppen telítésbe kerüljön, ugyanakkor a lezárása minimális késleltetéssel követi a vezérlő Impulzus megszűnését. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy egyrészt amennyiben a kapcsolótranzisztor meghajtó áramköre a tranzisztor által ténylegesen kapcsolt árammal arányos vezérlő áramot szolgáltat, a telítésbe vezérlés mértéke a terheléstől független marad, másrészt, ha ezen arányosságot biztosító visszacsatolt áramkomponenst kikapcsoláskor a vezérlőjellel megszakítjuk, minimális kikapcsolási késleltetést érünk el. A kitűzött célt azáltal érjük el, hogy a találmány szerinti kapcsolási elrendezésben, ahol elektronikus kapcsoló kapcsoló bemenetére feszültségforrás kimenete csatlakozik, az elektronikus kapcsoló kimenete áramváltó primer tekercsén keresztül átalakító egység bemenetére van kapcsolva, ennek kimenete a kapcsolóüzemű tápegység kimenete, a kapcsolási elrendezés differenciálerősítőt tartalmaz, amelynek egyik bemenete a vezérlő egység kimenetére, másik bemenete az áramváltó szekunder tekercsének egyik kivezetésére csatlakozik, míg áramgenerátoros kimenete az elektronikus kapcsoló vezérlő bemenetére van kötve. Az átalakító egység célszerűen egymással sorbakapcsolt transzformátorral, egyenirányítóval és aluláteresztő szűrővel valósítható meg. A találmányt a mellékelt ábra alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés tömbvázlatát mutatja. Az 1. ábrán az I vezérlő egység a tápegység kimé neti feszültségének vagy áramának függvényében változó frekvenciájú vagy kitöltési tényezőjű impulzussorozatot hoz létre. Ez a 2 differenciálerősítő 21 első bemenetére van vezetve, amely impedancia-, illetve szinttranszformációt hoz létre. Ennek 23 kimenetén megjelenik a most már megfelelő szintű kapcsolóimpulzus, amely a bipoláris kapcsolótranzisztorokból álló 3 elektronikus kapcsoló 31 vezérlő bemenetére kerül. A 3 elektronikus kapcsoló 32 kapcsoló bemenetére 6 feszültségforrás van csatlakoztatva, a kapcsoló 33 kimenete pedig a 4 áramváltó primer tekercsén és az 5 átalakító egységen keresztül a tápegység kimenetére van vezetve. A 4 áramváltó szekunder tekercsének egyik kivezetése a 2 differenciálerősítő 22 második bemenetére csatlakozik. Az áramkör a következőképpen működik. Az 1 vezérlő egység összehasonlító áramkört tartalmaz, amely a tápegység alaphelyzetében, tehát amikor feszültséggenerátor üzemmódban működik, a kimeneti egyenfeszültséget egy referenciaforrással hasonlítja össze, és az eltéréssel arányos hibajelet szolgáltat, amely az 1 vezérlő egység kimenetén megjelenő vezérlő impulzusnak pl. a szélességét szabályozza olymódon, nogy csökkenő kimenőfeszültséghez növekvő impulzusszélesség tartozik. Ezen vezérlő impulzussorozatból a 2 differenciálerősítő a 3 elektronikus kapcsoló paramétereihez illeszkedő kapcsoló jelet hoz létre, amely a 3 elektronikus kapcsolót az időnek, a vezérlő impulzus kitöltési tényezője által meghatározott részében tartja zárva. Ez azt jelenti, hogy a 33 kimeneten megjelenő feszültség középértéke a 6 feszültségforrás által szolgáltatott feszültségnek éppen a kitöltési tényező által meghatározott részének felel meg. Ezt a középértéket azután az 5 átalakító egység választja ki, ami célszerűen egy aluláteresztő szűrő lehet. A 3 elektronikus kapcsoló által kapcsolt áram a 4 áramváltó szekunder tekercsén a terheléssel arányos áramot hoz létre, amely a 2 differenciálerősítő 22 második bemenetére vezetve olymódon vezérli azt, hogy növekvő terhelő áramnál növekvő meghajtó áramot szolgáltasson. Egyszerűen megoldható ez, ha a 2 differenciálerősítő áramgenerátor kimenetű erősítőként van kialakítva. Ez az elrendezés biztosítja azt is, hogy a vezérlőjel megszűnésekor, hiába van a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
