201629. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés vezérelt energiaátvitelű elektromos tápellátásra, különösen bekapcsolási tranziensek kiküszöbölésére
1 HU 201629 B 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés vezérelt energiaátvitelű elektromos tápellátásra, különösen bekapcsolási tranziensek kiküszöbölésére. Hálózatról működő elektronikus készülékeink egyik lényeges része a tápegység. Feladata többszörös, érintésvédelem (a hálózatról való galvanikus leválasztás), az áramkörök igényelte többféle tápfeszültség előállítása, valamint a hálózat feszültségingadozásainak kiegyenlítése - stabilizálás, zárlatvédelem, stb. A stabilizálási funkció ellátása már közepes 50-200 W teljesitményfelvételű készülékeknél is komoly gondot okoz. A hálózat feszültségingadozása a ílOX-ot is meghaladhatja speciális esetekben -15, +10% is követelmény. A hagyományos felépítésű tápegységeinkben (hálózati transzformátor - egyenirányító - szűrókondenzátor - stabilizator áramkör) a hálózati feszültség minimumánál Í6 biztosítani kell a szűrőkondenzátoron a kimenő feszültségnél valamivel nagyobb feszültséget. Ez névleges hálózati feszültségnél, de különösen a hálózat maximális feszültségénél szinte elviselhetetlen disszipációt okoz a stabilizator áteresztő elemén. A helyzetet tovább rontja, hogy a készülékek jelentős részében a fogyasztás döntő része alacsony tápfeszültségű áramkörökre korlátozódik (5 V-os digitális áramkörök). Halmazati eredményként a 30-40%-os eredő hatásfok már jónak mondható. A készülékek nagyok, nehezek és túlságosan melegek. A számítógépek elterjedésével előtérbe kerültek a kapcsoló üzemű tápegységek. Ezek a hálózati feszültség egyenirányítása után annak közepes frekvenciájú szaggatással végzik az energiaátvitelt és feszültségalakítást. Ezek a tápegységek kis méretűek, kis súlyúak, jó hatásfokúak. Hatalmas problémájuk azonban a jelentős és nehezen csökkenthető általuk okozott zavarsugárzás, valamint hogy jó minőségű modern alkatrészparkot igényel, amely drágább és igen magas az áramköri alkatrészek száma, amelynek esetleges hibái a megbízhatóságot csökkentik. Történtek próbálkozások az analóg tápegységek hatásfokának javítására előszabályozás felhasználásával. A viszonylag nagy áramerősségek miatt kapcsolóeszközök tirisztorok használhatóak - ezek viszont elektronikusan csak bekapcsolhatók, ki nem. így a vezérlés csak a hálózati feszültség lefutó ágában lehetséges. Ez úgynevezett előreszabályozó vezérlő áramkört igényel - végeredményként felépítése bonyolult és bizonytalan működésű. További problémát jelent a szűrőkondenzátorok megválasztása. A jó szűrést biztosító szűrőáramkörökben a szükséges nagykapacitású kondenzátor energiamentes állapotban a hálózatra kapcsolva hatalmas áramlökést hoz létre, ami tönkreteheti az egyenirányítókat, kiolvaszthatja a biztosítékokat és a névleges feszültség maximumánál a szűrőkondenzátorokon a csúcsfeszültség is nagy. Használatosak olyan kapcsolások is, amely a hálózati feszültségingadozást nem teljes mértékben engedi ki a terhelésre, mivel a készülék előstabilizálást használ. Az előstabilizálás lényege, hogy a transzformátor és a stabilizator bemenete között vezérelt egyenirányítókat alkalmaz, hogy a terhelés és hálózati feszültség változása közben a stabilizator be- és kimenete közötti feszültségkülönbséget a szükséges minimálisra korlátozza. Ezáltal a stabilizátoron a diszszipáció minimálisra korlátozható. Szakirodalomban található utalás primer oldali szabályozásra is, amelyek azonban a találmány szerinti előnyökkel nem rendelkeznek. Vezérelt kapcsolót alkalmaz az U.S.P. 4 524 413, amely ugyan vezérelt kapcsoló, de kizárólag szekunder oldali áramköri felépítésű. A találmány szerinti megoldáshoz a legközelebb álló kísérleti megvalósításokban találkozhatunk olyan kapcsolással, amely a probléma megoldására közvetlenül a hálózat kapcsain avatkozik be. Ebben a megoldásban is az eddig használatos elemekkel (tirisztor, triak) kísérleteznek, amelyekkel az ismert probléma miatt a szabályozás nem megoldható. Több áramköri elrendezést ismerhetünk meg Loska Péter .Teljesítményszabályozás gyújtásszög vezérléssel" című munkájában. Ezen kapcsolások közös jellemzője, hogy teljesítményszabályozást hoznak létre (tirisztorok, triakok alkalmazásával), a vezérlés módja direkt szabályozás, a hálózat feszültségéből képzett fázisszögvezérlés. A találmány az ismert megoldásoktól alapvetően abban különbözik, hogy a feszültségforrás és a fogyasztó között olyan beavatkozás történik, miáltal az energiaáramlás előre megadott, vagy a fogyasztó által meghatározott korlátok között tartható. A kapcsolás ezért is nevezhető vezérelt - energiaátvitelű tápellátásnak. A találmány szerinti áramköri elrendezés kialakításához az a felismerés vezetett, hogy az energiatovábbitás vonalán nemcsak az egyik lényeges paramétert a feszültséget, hanem az áramot is (ami a fogyasztó terhelési árama) figyelni kell, mégpedig célszerűen egyidejűleg és folyamatosan. Abban az esetben, ha bármelyik figyelt paraméter egy, a fogyasztó által megkívánt, vagy előre beszabályozott értéket túllép, egy célszerűen kialakított vezérlőáramkör által vezérelt kapcsoló szükségszerűen periódusidőn belül az áramkört megszakítja, illetve bekapcsolja. A találmány tehát kapcsolási elrendezés vezérelt energiaátvitelű elektromos tápellátásra, elsősorban a bekapcsolási tranziensek kiküszöbölésére, ahol periodikusan változó feszültségforrás van a fogyasztóik)ra csatla5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
