161781. lajstromszámú szabadalom • Inverter
161781 Az inverter kapcsolások jóságának egyik fontos jellemzője a hatásfok. A kimenő teljesítmény előírt értéke mellett a bemenő teljesítmény a hatásfok, tehát á veszteségek függvénye. A jó hatásfok nemcsak a gazdaságos üzem miatt kívánatos, hanem azért is, mert a veszteségek folytán felszabaduló hő a hőre érzékeny alkatrészek, elsősorban a félvezetők tönkremenetelét okozhatja, de legalább is a működési tartomány (hőmérséklet és tápfeszültség határok) szűkítését vonhatja maga után. A hatásfokot befolyásoló veszteségek főbb fajtái a következők: 1. Transzformátor veszteség. 2. Meghajtási veszteség. 3. Kapcsoló veszteség. Ad. 1. A transzformátor veszteségről általában megállapíthatjuk, hogy a frekvencia növelésével csökkenthető. Emiatt minél nagyobb működési frekvencia kívánatos. Ad. 2. A meghajtási veszteség főleg a választott kapcsolók tulajdonságaitól és kisebb mértékben az üzemmódtól (a stabilizálás módjától) függ. Nagysága általában nem jelentős, a különböző megoldások összehasonlításánál nem lényeges kitérni rá. Ad. 3. A kapcsoló veszteség a legfontosabb tényező a hatásfok szempontjából. Megállapítható, hogy a fénycső-inverterek hatásfoka elsősorban a kapcsoló disszipációjától függ, a különböző kapcsolásokon alapuló valamennyi megoldás közül tehát a legjobb az, amelynél ez a disszipáció kicsi, az ideális közelében marad. A kapcsolási veszteséget két részre oszthatjuk: 3.1. A teljesen nyitott, ill. zárt kapcsolón létrejövő veszteségek. Ez a vezetési áram és a kapcsolón maradó feszültség szorzatának, ill. a lezárt kapcsolón folyó áram és a rajta levő feszültség szorzatának időintegrálja. Ezt neveztük korábban ideális disszipációnak, mert ha az egyik üzemmódból a másikba ideálisan, vagyis 0 idő alatt vált át a kapcsoló, csak ez a veszteség keletkezik rajta. Ellenkező esetben számolni kell az átkapcsolási veszteségekkel. 3.2. Az átkapcsolás alatt a kapcsolóban keletkező veszteség. Ez további három részre bontható, bár valamennyi azonos okra, a kapcsoló véges kapcsolási idejére vezethető vissza: 3.2.1. Kikapcsolási veszteség. 3.2.2. Az egyidejű vezetés miatt fellépő veszteség. 3.2.3. Bekapcsolási veszteség. A fénycső nem kapcsolható közvetlenül a feszültséggenerátor kapcsaira; ugyanis, amint az ismert, negatív jellegű áram-feszültség karakterisztikája van, tehát önmagában nincs stabil munkapontja. A karakterisztika stabilizálásának egyik szokásos módja, hogy a fénycsővel sorosan induktivitást kapcsolnak. A stabilizáló induktivitást a transzformátor primer és szekunder tekercse közötti szórási induktivitásként realizálhatják a transzformátor megfelelő kialakításával. Az így felépített „klasszikus" induktív stabilizálású inverter egy lehetséges kap-, csolási vázlatát a 2a. ábrán láthatjuk. Az ábráról elhagytuk az elvi működéshez nem okvetle-5 nül szükséges kapcsolási elemeket (indító tagok, szűrés stb.). Példaképpen egy földelt emitteres, kéttranzisztoros push-pull kapcsolást tüntettünk fel abból a célból, hogy a jelenleg ismert megoldások elemzésével a bejelentés tárgyát ké-10 pező új megoldás előnyeit később kimutassuk, megállapításaink azonban az 1. ábra valamennyi változatára érvényesek. A 15 transzformátoron elhelyezett vezérlőtekercsen levő feszültség nyitja 16 vagy 17 tranzisztort. A kapcsolás akkor 15 billen át, amikor vagy 15 transzformátor telítésig mágneseződésekor a vezérlőfeszültség lecsökken (telítéses üzemmód), vagy a bázisáram nem elegendő az egyre növekvő kollektoráram mellett a tranzisztor nyitvatartásához (bázis-20 kommutációs üzemmód). A 2b. ábra mutatja a jelalakokat, ha a kapcsolás nem tartalmaz 18 és 19 kondenzátorokat. A 20 görbe mutatja a 15 transzformátor feszültségét, 21 görbe a 16 tranzisztor áramát, 22 25 görbe a 17 tranzisztor áramát. A kapcsolási veszteségeket vizsgálva megállapítható, hogy: Ad. 3.2.1. A kikapcsolási veszteség az induktív 30 stabilizálású inverter elkerülhetetlen velejárója. A kapcsolás lényegéből következik, hogy a vezető kapcsoló árama a kikapcsolás kezdetének pillanatában maximális. A kapcsoló árama azonban a nyitó irányú vezérlőfeszültség megszűné-35 sekor, ill. záró irányú vezérlőfeszültség ráadásakor véges sebességgel szűnik meg (21 görbe 24 szakasza). Eközben a kapcsolóra jutó feszültség nagy értéket vesz fel, különösen az induktív terhelés miatt (stabilizáló induktivitás és a 40 transzformátor főmező induktivitása). Ez jelentős veszteség forrása lehet. Ad. 3.2.2. Az analizált átkapcsolási folyamat megkezdéséig lezárt kapcsoló a vezető kapcsoló lezárása előtt nyitó vezérlést kaphat. Ez 45 az áramforrásnak a kapcsolókon keresztüli rövidzárását okozza. Az egyidejű vezetés miatt kialakuló áram igen jelentős lehet (22 görbe 25 szakasza), a keletkező hő túlnyomórészt a kikapcsolódó kapcsolót terheli. 60 Ad. 3.2.3. Ez a veszteség az induktív stabilizálású inverternél általában nem lép fel. A 3. alatti veszteségeket az alábbiak szerint értékelhetjük: A veszteség 3.1.-ben tárgyalt része nem függ 55 a kapcsolási frekvenciától és értéke általában nem haladja meg a kapcsolt teljesítmény néhány százalékát. A 3.2.1.-ben és 3.2.2.-ben tárgyalt veszteségek rendkívül nagyok lehetnek, és lényegében ezek 60 szabják meg az inverter tulajdonságait. Alkalmasan választott és elhelyezett kapcsolási elemekkel a fenti veszteségek jelentősen csökkenthetők, és ezzel élnek is, nevezetesen a 2a. ábrán feltüntetett 18 és 19 kondenzátorok alkal-65 mázasával. A 18 kondenzátor szerepe kettős:
