197465. lajstromszámú szabadalom • Többkimenetű kapcsolóüzemű tápegység, különösen alacsony zavarszintet igénylő alkalmazásokhoz
3 197465 4 A találmány tárgya tőbbkimenetű kapcsolóüzemű tápegység, különösen alacsony zavarszintet igényló alkalmazásokhoz. Elektronikai készülékekben, berendezésekben a kapcsolóüzemű tápegységek alkalmazása rendkívül elterjedt. Ennek oka a jó átalakítási hatásfok, valamint a félvezető kapcsolóeszközök viszonylag alacsony ára. Az ismert megoldások közös elve egy induktivitásban tárolt energia kinyerésén alapul. A betárolt energia alkalmasan megválasztott kapcsolóelemen keresztül tároló induktivitásba jut, a kinyerés pedig közvetlenül, vagy előnyösen ismert módon diódán keresztül történik. Az la., valamint az lb. ábra az ismert kapcsolóüzemű tápegységek sematikus működését ábrázolja azonos, illetve ellentétes kimeneti polaritás esetén. Az ábrákon Ubí feszültségforráshoz K kapcsolóelemen keresztül L induktivitás csatlakozik, és az áramköri elrendezések ismert módon D diódát is tartalmaznak. Mivel az L induktivitás a rajta átfolyó I áramot állandó szinten igyekszik tartani, az Uu kimeneti feszültség és az Ubí feszültségforrás feszültségének aránya elméletileg a K kapcsolóelem Tu kikapcsolt idejének, valamint Tbi bekapcsolt idejének arányával, vagyis az ún. kitöltési tényezővel arányos. Ismert módon azonban mind a K kapcsolóelemnek, mind pedig az L induktivitásnak veszteségei vannak és ezek a terheléstől is függnek, továbbá mert az Uh kimeneti feszültséget az Ubí feszültségforrás változó feszültsége esetén is állandó szinten kell tartani, ezért a kitöltési tényezőt - ahol T = Tm + Tu - változtatni kell. A kitöltési tényező változtatására számos áramköri elrendezés ismeretes, amelyek lényege egy háromszögjel változó magasságú komparálásával megvalósított irapulzusszélesség moduláció. Erre a megoldásra a technika mai állása szerint számos, a szükséges összes ismert áramköri elemet tartalmazó egyetlen, integrált áramköri tokba épített megoldás ismeretes. Ilyenek például a Siemens TDA4700, National LM3254, Signetics NE5560 stb. integrált áramkörök. Az ismert kapcsolóüzemű tápegység alapkapcsolások a kimeneti oldalon energiatároló C kondenzátort is tartalmaznak, amelyek önmagában ismert módon az Uh kimeneti feszültséget a kapcsolási szünetekben fenntartják. Az la. ábrán soros L induktivitás alkalmazása esetén az Uh kimeneti feszültség Tbí Uh = Ubí --------T az lb. ábrán pedig párhuzamos L induktivitás alkalmazásakor az Un kimeneti feszültség Tbk Uu =-Ubi ---------Tű ismert képletek alapján határozható meg. Az le. ábrán a K kapcsolóelem Tbi bekapcsolt idejét, valamint Tu kikapcsolt idejét egy meghatározott esetben ábrázoljuk, melyek arányának változtatása szakember számára ismeretes. Gyakorlati alkalmazások során egy-egy elektronikus berendezés üzemeltetése több, egymástól, illetve egymás terhelésétől független stabil működtető feszültséget igényel- például +5 Voltot a digitális és egy-egy +, illetve -15 Voltos kimenetet az analóg áramkörók táplálására -. Ebben az esetben egy tápegységbe több, egymástól elkülönülő, de közös bemenő feszültségről táplálkozó átalakító egység kerül beépítésre. Ismeretesek ugyan olyan kevésbé igényes megoldások is, amikor egyetlen átalakító önmagában is több kimenő feszültséget képes szolgáltatni - itt az átalakító energiatároló induktivitása több szekunder tekercset tartalmaz, melyek külön egyenirányítókat táplálnak - de ezek közül csak az egyik stabilizálható, a többi érzékenyen reagál bármely kimenet terhelés változására, ezért ezeket kizárjuk találmányunk oltalmi köréből. Szintén ismeretes az a gyakorlati megoldás, mely szerint az egyes átalakító egységek kapcsolóelemei, hogy az eltérő kapcsolási frekvenciák miatt interferenciás, a ki- és bemenetről nehezen leszűrhető zavarokat ne kelthessenek, az egyes ismert impulzusszélesség modulátorokat vezérlő háromszög-generátorok frekvenciáit egymáshoz szinkronizálni szükséges. A szinkronizmus biztosítására a gyakorlatban megvalósított integrált á-amkörök közül néhány - például a TDA4700- rendelkezik is megfelelő szinkronizálást biztosító vezérlő ki-, illetve bemenetekkel. A szinkronizálás ily módon egyszerű módon megvalósítható, azonban nagyon hátrányos tulajdonsággal is terhes. Az összes, külön működő résztápegységek ugyanis azonos fázisban terhelik a bemenő feszültséget szolgáltató feszültségforrást és így egyrészt az általuk keltett zavarok, másrészt a feszültségforrást terhelő áramlökések összeadódnak. Ezáltal növekszik a tápegység által sugárzott, illetve vezetett elektromágneses zavarok szintje - ami egyébként is a legkritikusabb pontja a kapcsolóüzemű tápegységnek -, valamint ezzel együtt csökken az önmagában ismert bemeneti ún. pufferkondenzátor élettartama is. A találmány célja olyan megoldás létrehozása, amely az ismertetett káros hatásoktól mentes, illetve azokat jelentős mértékben csökkenti, így alkalmas különösen alacsony zavarszintet igénylő alkalmazásoknál történő felhasználásra. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 00 3
