198360. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés villamos tápegységekhez
1 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés villamos tápegységekhez, mely kapcsolótranzisztorból, transzformátort, SOAR-védőáramkört és egy vezérlő- és szabályozóáramkört foglal magába, A találmány szerinti kapcsolási elrendezést villamos és elektronikus készülékek árammal való ellátásánál lehet alkalmazni. Az általánosan ismert tápegységek egy kapcsolótranzisztorból és egy transzformátor primer tekercsének soros kapcsolásából, továbbá a kimenőfeszültség vezérlését és stabilizálását végző vezérlő- és szabályozóáramkörből, valamint szekunder tekercsekből állnak, mely utóbbiak közül legalább egy vissza van vezetve a vezérlő- és szabályozóáramkörre. A félvezető kapcsolók biztonságos működési tartományának (safe operating area: SOAR) betartásához, különösen tápegység kapcsolási elrendezésbon lévő teljesítménykapcsoló tranzisztoroknál, gyakran alkalmaznak kisütő áramköröket, úgynevezett SOAR-védőáramköröket, melyeknek célja az, hogy a félvezető kapcsolók veszteségmentes kikapcsolását az adott áramköri szakaszon késleltetett feszültségfutással érjék el (lásd pl. Wüstehube, Joachim és társai Schaltnetzteile, Expert Verlag GmbH, 7031 Grafenau 1/Württ.; Pf. 2., DE-PS 26 39 589). Ennek az ismert elrendezésnek a kapcsolási elve abban áll, hogy egy kondenzátort és egy aiódát sorbakapcsolva azt egy kapcsolótranzisztor áramköri szakaszával párhuzamosan kapcsolják, és a diódával még egy ellenállást kapcsolnak párhuzamosan, ahol a diódát UF bemenőfeszültséggel nyitóirányban kapcsolják. Ez az áramkör a félvezető kapcsolóknak úgynevezett kapadtív kikapcsolásaként működik, melynek a félvezető kapcsolóban fellépő veszteségeket keÚ csökkentenie. Ez úgy valósul meg, hogy a kondenzátor, mely a félvezető kapcsoló nyitásának időpontjában az ellenálláson keresztül kisül, a nyitóirányban előfeszített diódán keresztül feltöltődik. Mivel ez a félvezető kapcsoló áramköri részével párhuzamosan van kapcsolva, ez korlátozza a kapcsolótranzisztor kollektor-emitter Szakaszánál a feszültség felfutási sebességét, míg az az Ug feszültséget eléri. A kondenzátorban tárolt energia, mely legalább a félvezető kapcsoló kikapcsolást veszteségi teljesítményének felel meg, változatlan hatásfok mellett, az ellenálláson keresztül kisül. Az időállandót úgy kell méretezni, hogy a kondenzátor a félvezető kapcsoló újbóli kinyitásának időpontjára teljes mértékben kisüljön. A SOAR-védőkapcsolás egyik hátránya ezért abban van, hogy az ellenálláson keresztül történő kisülésnél az energia átalakul hővé, ami a kapcsolási elrendezés villamos hatásfokát csökkenti és befolyásolja a kapcsolási elrendezés szükséges nagyságát. Ismeretesek olyan átalakított SOAR-kapcsolások is, amelyeknél további intézkedések révén csökkentik az energiayeszteségeket és a hőhatásokat. Egy viszonylag egyszerű felépítésű kapcsolásnál (lásd a 225 570 számú DD szabadalmi leírást), melynél a transzformátornak egy további tekercséből visszacsatolást alakítanak ld, és a dióda katódját a föld helyett a kapcsolótranzisztor bázisára helyezik át, hogy eÚencsatolt áramot állítsanak elő. Ennél a megoldásnál hátrányos, hogy a tápegység kapcsolási elrendezés biztonságos oszdllálásához az oda-, illetve az ellencsatolások között kritikus arány van, melyet a kiegészítő tekercs és a diódán eső feszültség határoznak meg és így nagyon nehezen tartható kézben. Egy további ismert változata a SOAR-kapcsolásnpk (lásd a 225 567 számú SS szabadalmi leírást) egy leosztott kondenzátorban áll, melynek megcsapolásáról egy további kondenzátoron keresztül egy lekapcsoló tranzisztor bázisát vezérlik, amelynek kollektor-emitter szakaszán keresztül a transzformátor egy negatív segéd feszültségét kapcsolják a kapcsolótranzisztor bázisára, mely negatív segédfeszültség a vezérlő- és szabályozóáramkör táplálását is biztosítja. Csak kis mértékben sikerül ennél a megoldásnál a működés biztonságát és a hatásfokot a kívánt mértékben növelni, mivel a működést kritikusan befolyásoló áramköri elemek száma nagy, és erre a kondenzátor-feltöltés csekély mértékben járul hozzá, melyre a terhelést kapcsolják. Ismeretes továbbá a félvezető kapcsolók kikapcsolást veszteségének csökkentésére egy olyan kapcsolási elrendezés (lásd a 2 719 026 számú DE közzétételi iratot), mely a SOAR-kapcsolást egy fojtótekerccsel és egy második diódával oly módon egészíti ki, hogy a kondenzátor a fojtótekerccsel egy rezgőkört képez, mely a második diódán keresztül az energia egy részét a bemenetre visszavezeti. Ennek a kapcsolásnak az a hátránya, hogy ki kell egészíteni az előbbi változatokat egy fojtótekerccsel, továbbá az áramkör működése frekvenciafüggő, mely a szabályozásnál hátrányos. Ugyanezekkel a hátrányokkal rendelkezik az a megoldás is, melyet többek között a kimeneti feltételek javítása érdekében fejlesztettek ki, hogy csökkentsék a veszteségeket, melyben egy kisütő áramkörben tárolt villamos energiát használnak fel a kapcsolási elrendezésben (lásd a 3 241 086 számú DE közzétételi iratot). Az összes ismert kapcsolához kiegészítő tekercseket, illetve kiegésztítő tekercselemeket kell alkalmazni, melyek saját veszteségeket is jelentenek egyúttal. A találmány célja a tápegység kapcsolási elrendezés villamos hatásfokának javítása a fent említett hiányosságok elkerülésével, kevesebb áramköri elem és energiamennyiség felhasználásával. A fenti célkitűzésből kiindulva a műszaki hiányosságok okainak analizálásából arra következtetünk, hogy a tápegység kapcsolási elrendezések hatásfokának javítására irányuló és SOAR-kapcsolásokat alkalmazó ismert megoldások a töltés átvitelénél fellépő másodlagos veszteségeket figyelmen kívül hagyják. Ezeket nem lehet figyelmen kívül hagyni sem a fojtótekercseknél, sem a kiegészítő tekercseknél, mivel a réz- és vasveszteségek elkerülhetetlenek. A fojtótekercsek és kiegészítő tekercsek az anyag- és energiamenynyiségfelhasználás szempontjából U nagy jelentőségűek, mivel a tekercsek számával a felhasználandó szigetelések és a csatlakozások száma növekszik, és a transzformátor típusától függő teljesítmény hasznosítása és hatásfoka csökken. A találmány eladata ezzel szemben a kiegészítő tekercsek és kiegészítő induktivitások teljes elkerülésében áll, a teljes primer körre, továbbá a SOAR-kapcsolás kondenzátor áttöltést energiájának kihasználásában áll, melyet ebből a célból és más kiegészítő tápellátási funkciókra lehet használni. A kitűzött feladatot a találmány szerint olyen e-C'ramú tápegységhez való kapcsolási elrendezés ításával oldottuk meg, mely bemenőfeszültségre 198.360 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
