198347. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés nyitóüzemű kapcsolóüzemű tápegységek kimeneti feszültségének szabályozására
1 2 A találmányt a továbbiakban a mellékelt rajzon példaképpen ábrázolt kiviteli alak alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés blokkvázlata, a 2. ábra az 1. ábra szerinti kapcsolási elrendezés fontosabb pontjainak feszültsége az időfüggvényében és a 3. ábra az 1. ábra szerinti blokkvázlat részletesebb rajza. Az 1. ábrán látható blokkvázlaton egy nyltóüzemű kapcsolóüzemű tápegység felépítése látható, amely 1 bemeneti egységből, 1 bemeneti egységhez csatlakoztatott, vezérelhető kapcsolóelemet is tartalmazó 2 kapcsolóegységből, a 2 kapcsolóegységhez kötött 3 kimeneti szűrőből, valamint a 3 kimeneti szűrő és a 2 kapcsolóegység közé beiktatott szabályozó egységből áll, ahol a szabályozó egység 6 integrátorból és 10 Schmitt-triggerből van kialakítva, továbbá a 6 integrátorhoz 14 referenciaelem kapcsolódik. A 6 integrátor 7 bemenetére a 4 szűrőbemenet, 8 bemenetére pedig az 5 szűrőkimenet és összehasonlító jelbemenetére a 11 referenciaelem feszültsége jut. A 6 integrátor 9 kimenete a 10 Schmltt-trigger bemenetére csatlakozik, ahova még a 11 engedélyező bemenet és a 1 2 szinkron bemeneti is kapcsolódik. A 10 Schmitt-trigger kimenete szolgáltatja a 2 kapcsolóegység számára a kapcsolójelet. Az áramkör működésének magyarázatához szükségesek a következő feltételezések. A 2 kapcsolóegység bemenetére kerülő feszültség a 2 kapcsolóegység kapcsolási frekvenciájához képest lassan változik, azaz egy kapcsolási perióduson belül állandónak tekinthető (a kapcsolási frekvencia általában 20 kHz-nél nagyobb, a bemenet általában 50-100 Hz nagyságrendjébe eső periődusú). A 6 integrátor alatt olyan integrátort értünk, amelynek kimenetén az Ui = / a(Ui - Uref) + b(UJ-Uref)dt integrál jelenik meg, ahol a és b konstansok, Uj és Uj a 6 integrátor bemenő feszültségei, U p az integrálást referenciafeszültség. Ha egy ilyen Integrátor bemeneti feszültsége az integrálási referencia feszültségtől tetszőlegesenkülönböző, de állandó érték, akkor az Uj kimeneti feszültség az idő függvényében nem nulla meredekséggel, lineárisan változik. Jelen esetben tehát a bemenő feszültségeket egy referendafeszültséghez képest lineárisan változó elemet tartalmazó integrált megvalósító Integrátorról van szó. Az áramkör ezek alapján a következőképpen működik: A 2 kapcsolóegység az I bemeneti egységből érkező, esetleg egyenlrányított, szűrt szabályozatlan feszültséggel arányos feszültséget kapcsol a 3 kimeneti szűrőre (ezek egy nyitó üzemű kapcsolóüzemű tápegység megszokott részét). A 3 kimeneti szűrő egy aluláteresztő szűrő, amelynek 5 szűrőldmenete egyben a tápegység kimeneté (rajta a szűrés miatt a kapcsolási frekvenciához képest lassan változó feszültség van). A 3 kimeneti szűrő 4 szűrőbemenetén közelítőleg négyszög alakú jel, a 2 kapcsoló egység által szolgáltatott, a 2. ábrán látható Uk kapcsolt feszültség jelenik meg. Állandó terhelés eietén nincs szükség a kimeneti feszültség változásának figyelésére. Ilyen esetben csak a 4 szűrőbemenet jele van a 6tIntegrátorba vezetve. Ekkor a 6 Integrátor 9 kimenetén a 2. ábra szerinti háromszög alakú UJ kimenő feszültség jelenik meg, amelynek töréspontjai a 10 Schmltt-trigger billenőszintjei, teát az Ua alsó triggerszint, és az Uf felső t iggerszint, mivel a 10 Schmitt-trigger klmenete közvetlenül az Uoy kapcsolójelet szolgáltatja a 2 kapcsolóegység Számára. Kezdetben a 2 kapcsolóegység kapcsolóeleme bekapcsolt állapotban van és ekkor állandó (a kapcsolási idő skálájának megfelelő tartományban), pozitív feszültséget juttat a 3 kimeneti szűrő 4 szűrőbemeneére, amely így a 6 integrátorba jut. A 6 integrátor ) kimenetén (egy konstans integráljának megfelelően) lineárisan növekvő Uj kimenő feszültség jelenik meg. Amikor ez eléri a 10 Schmitt-trigger Up felső triggerszintjét, a 10 Schmitt-trigger kikapcsol és kimenetének Ug-p feszültségű kapcsolóidé kikapcsolja a 2 kapcsolóegység kapcsolóelemét. Emiatt a 4 szűrőbemeneten a 14 referenciaelem referencia feszültségénél negatívabb, közel nulla feszültség jelenik meg. Ezt Integrálva a 6 integrátor 9 kimenetén lineárisan csökkenő Uj feszültség tapasztalható. Amikor ez eléri a 10 Schmitt-trigger U alsó triggerszintjét, a 10 Schmitt-trigger bekapcsol és kimenetének Ugp feszültségű kapcsolójele bekapcsolja a 2 kapcsolóegység kapcsolóelemét, ami újabb ciklus kezdetét jelenti. Mivel 6 integrátor 9 kimenetének Uj feszültsége a triggerszlntek között lineárisan változik, ennek átlagértéke (az U alsó triggerszint és az Up felső triggerszint feszültségé nek számtani közepe) állandó, s emiatt a 4 szűrőbemeneten lévő feszültség átlagértéke is állandó (ez akkor is igaz, ha az integrátor véges erősítésű műveleti erősítő segítségével kerül megvalósításra). Egy induktivitás két végén mérhető feszültségek átlagértéke csak az induktivitás soros ellenállásán eső feszültség átlagértékében különbözhet, így állandó terhelés esetén az 5 szűrőkinieneten, azaz a tápegység kimenetén a feszülség a 2 kapcsolóegység bemenetére érkező feszültségtől (a bemeneti feszültségtől) teljesen független (feltéve!, hogy a 2 kapcsolóegység bekapcsolt állapotában a 4 szűrőbemenetre a 11 reférenclafeszültségnél nagyobb feszültséget juttat - ez adja a szabályozás alsó határát). A 3. ábrán részletesebben láthatók a találmány szerinti kapcsolási elrendezésnél alkalmazott 6 Integrátor felépítése és a 10 Schmitt-trigger kiegészítő elemei. Mint az ábrán látható, a 4 szűrőbemenet a 6 integrátor jelen esetben kondenzátorral egyenáramúlag leválasztott 7 bemenetére, az 5 szűrfíkimenet pedig a 6 integrátor másik 8 bemenetére csatlakozik. A 6 Integrátor a jó llnearitás érdekében kvázi-földpontos kialakítású, pl. CA3160 típusú műveleti erősítővel van kialakítva, amelynek ínvertáló bemenetére van közösítve a 7 és 8 bemenet és nem ínvertáló bemenetére van kötve a 14 referendaelem kimenete. A 14 referenciaelem például LM136-5.0 típusú fesziiltségstabl- Uzáló integrált áramkörből van ldalakítva, amelynek referenciaieszültsége 5V. A 10 Schmltt-trigger például CD4093 típusú CMOS Integrált áramkör lehet, amelynek célszerűen mind a négy NAND kapuját kihasználjuk. A kváziföldpontos 6 integrátorban fellépő invertálás miatt a 10 Schmitt-trigger kimenetére 13 inverterként bekötött NAND kapu kapcsolódik. A 10 Schmitt-trigger engedélyező bemenetére 16 Inverteren keresztül ellenállásokkal a tápfeszültség felé elhúzott bemenetekkel rendelkező, kétbemenetü 15, 198.347 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5C 55 60 3
