198347. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés nyitóüzemű kapcsolóüzemű tápegységek kimeneti feszültségének szabályozására
1 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés nyítóüzemű kapcsolóüzemű tápegységek kimeneti feszültségének szabályozására, amelynek bemeneti egységéhez vezérelhető kapcsolóelemet is tartalmazó kapcsolóegység, a kapcsolóegységhez kimeneti szűrő, a kimeneti szűrőhöz és a kapcsolóegységhez pedig szabályozó egység van csatlakoztatva. A közepes- és nagyteljesítményű elektronikai berendezések tápfeszültség ellátásában szinte egyeduralkodóak a kapcsolóüzemű tápegységek, mivel energiaátalakítási hatásfokuk kedvező. E felhasználásokban hangsúlyozott a tápegységek két fontos paramétere, a szabályozott kimeneti feszültség bemenőfeszültségtől való függése és a szabályozom kimeneti feszültség terhelésfüggése. Ezeket a paramétereket alapvetően a kapcsolóüzemű tápegységek szabályozó egysége határozza meg. Az elektronikai iparban használt kapcsolóüzemű tápegységek általában szabályozatlan egyen- vagy váltófeszültségű bemenettel és szabályozott egyenfeszültségű kimenettel rendelkeznek. Egy ilyen tápegységnél a bemeneti egység bemeneti szűrőt, esetleg hálózati egyenirányítót tartalmaz. A kapcsoló egység tartalmazza a teljesítmény kapcsolót a meghajtóval, az esetleges galvanikus elválasztást és a kapcsolófrekvenciás egyenirányítást. A kimeneti szűrő egy vagy több energiatároló és kapcsoló frekvenciás szűrő induktivitást és egy vagy több kondenzátort tartalmaz. A szabályozó egység tartalmazza a kimenet megfelelő feszültség- ifi. áramértéken tartásához szükséges áramkört. A bemeneti egységből a szabályozatlan cgyenfeszültség a kapcsoló egységbe kerül, amelynek szaggatott kimenőjele a kimeneti szűrőbe jut. A szabályozott kimenet, amely a kimeneti szűrő szűrőkimenete és esetlegesen a szűrőbemenet a szabályozó egységbe is kapcsolt, és ezektől függően szolgáltatja a szabályozó egység a kapcsoló egység számára a kapcsolójelet. Valemennyi eddig ismert szabályozó valamilyen hibaerősítővel dolgozik, vagyis a szabályozó a kimeneti szűrő feszültségeit vizsgálja, ha az eltér egy referencia értéktől, akkor a hibajelet felerősíti és ezt követően úgy korrigálja a kapcsolójelet, hogy a hiba csökkenjen. Változó bemeneti feszültség esetén változó kitöltés kell ahhoz, hogy a kimeneti feszültség szabályozott maradjon. A kitöltés megváltoztatásához viszont hibajelre van szükség. Meg fog tehát változni a szabályozott kimeneti feszülség (ha kis mértékben is), ha a bemeneti feszültség megváltozik. A legelterjedtebben használt szabályozóknál a felerősített hibajel a kitöltési tényezőt módosítja a beiktatott hibajel erősítőn keresztül. Ez esetben a hurokerősítés növelésével csökkenthető ugyan a kimeneti hiba, de ez a szabályozás időállandójának növekedését is jelenti (a visszacsatolási hurok stabilitása miatt). így, ha a bemeneti egységbe gyorsan változó jel kerül, a szabályozó azt már nem képes korrigálni a hosszabb időállandó miatt. Emiatt ilyen esetben a bemeneti egység szűrését kell költségesebben megoldani. Hasonló a helyzet a terhelés változtatásakor is, A minimális és a maximális terhelés más kitöltési tényezőt igényel, ami ismét valamilyen hibajelet tételez fel (a frekvendafüggő kimenőimpedancia nulla frekvenciához tartozó értéke, azaz a sztatikus kimenőimpedancia nem nulla). A szabályozott kimeneti feszültségnek ez a terhelésfüggése pozitív visszacsatolással teljes mértékben kompenzált ható ugyan, de ezt a terhelésílgyeléssel járó komplikációk miatt nem szokták megtenni. Ezek a paraméterek az alkalmazások döntő többségénél nem okoznak senmiféle problémát (nyitóüzemű kapcsolóüzemű tápegységek virágkorukat élik), mégis, ha egyszerű lehr tőség adódik, érdemes e paramétereket javítani. A 26 25 036 számú DE-OS olyan kapcsolóüzemű tápegységet Ismertet, ahol a bemenő feszültség ingadozását olyan megoldással nyomják el a kimenete, amelynél a kimeneti jel egy összeadó fokozatra van vezetve, amely ezt egy referencia jellel hasonlítja öszs;:e. A kimeneti szűrő bemenetére integrátor van kötve, amelyhez egy második összeadó fokozat kapcsolódik. A két összeadó fokozat közé a szokásos Pl szabályozó van beiktatva. Terhelésváltozás esetén ennél a megoldásnál szükségszerűen megváltozik a kimeneti feszültség, ugyanúgy mint más szokásos kapcsoló üzemű tápegységeknél. A fenti megoldás a bemeneti feszültségül gadozást is csak abban az esetben képes kidégítően elnyomni, ha az alkalmazott integrátor teljesen lineáris működésű. Ennél a kapcsolásnál több, integrátorból és szabályozóból kialakított szabályozókörre van szükség, amelyek egyrészt bonyolult felépíésűek, másrészt pedig fokozottabb minőségi követelnényeket támasztanak az alkalmazott alkatrészekkel izemben. A találmány célja nyltóüzemű kapcsolóüzemű tápegységek szabályozó egységének olyan kialakítása, amely az ismert megoldású szabályozó egységeknél jobb paraméterekkel (mint pl. a kimeneti feszültség terhelésfüggése és a bemeneti feszültségváltozás elnyomása) rendekezik és amely az ismert megoldásoknál egyszerűbb áramköri felépítésű. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az előzőekben tárgyalt paraméterek ugrásszerűen javulnak akkor, ha az integrátorok tulajdonságait kihasználva, a kitöltési tényezőt a bemeneti- és a kimeneti feszültség megfelelő integrálása segítségével közvetlenül szabályozza a szokásos hibaerősítésen alapuló szabályozás helyett. A találmány elé kitűzött , célt a legáltalánosabban olyan áramköri elrendezéssel érjük el, amelynél a szabályozó egység integrátorból és Schmitt-triggerből van kialakítva, ahol a kimeneti szűrő szűrőbemenete az Integrátor bemenetére van kötve, az integrátor kimenete a Schmitt-trigger bemenetéhez, a Schmitt-trigger kimenete pedig, adott esetben Inverteren keresztül a kapcsoló egység vezérlő bemenetéhez van csatlakoztatva. Ez a megoldás már önmagában Is igen nagy mértékben elnyomja a bemeneti feszültségváltozást és állandó terhelés mellett a kimeneti feszültséget is állandó értéken tartja. , Változó terhelés esetén is szabályozott kimeneti feszültségű változatot kapunk a találmány szerinti kapcsolási elrendezés olyan kialakításával, amelynél a szabályozó egység integrátora egy további, egyenáramúan csatolt bemenettel van ellátva, hol a kimeneti szűrő szűrőkimenete az integrátor egyenáramúan csatolt bemenetére van kötve, a kimeneti szűrő szflrőbemenete pedig egyenáramúlag leválasztva csatlakozik az integrátor bemenetére. Fix kapcsolófrekvenciához történő szinkronizálás, áramkorlátozás, illetve külső engedélyezés vagy indítójellel való vezérlés (pl. távvezérlés) is megvalósítható, ha a Schmitt-trlggemek szinkronbemenete és engedélyező-bemenete is van. 198.347 5 10 15 20 25 30 35 4C 45 50 55 6C 2
