200636. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés kapcsolóüzemű átalakítók, különösen kapcsolóüzemű tápegységek indítására, illetve segédenergia ellátására
1 HU 200636 B 2 A találmány tárgya kapcsolóüzemű átalakítók, elsősorban kapcsolóüzemű tápegységek, indítására, illetve segédenergia ellátására. A egy vagy több stabilizált egyenfeszültségű kimenetet adó kapcsolóüzemű átalakítók legtöbbször szabályozott egyen-egyen átalakítók. Közös jellemzőjük, hogy a váltakozóáramú táphálózat esetén hálózati egyenirányítással nyert, bemeneti egyenfeszültségről vezérelt kapcsolók segítségével impulzusszélesség, illetve impulzus frekvencia modulációval (PWM, PFM) állítják elő a szabályozott kimeneti feszültséget (feszültségeket), miközben az esetek többségében a bemenet és kimenet galvanikus elválasztásáról is gondoskodnak. Az átalakító két fő részre, az energiaátvivő és vezérlőmeghajtó egységre bontható, ez utóbbi legtöbbször segédtápfeszültséget igényel. A közvetlen hálózati egyenirányítással nyert kb. 310V egyenfeszültségről működő kapcsolóüzemű tápegységnél nagy problémát jelent a szabályozó és meghajtó áramkörök segédenergia ellátása. A szabályozó áramköröknek szükséges 12-15V egyenfeszültség ugyanis csak meglehetősen körülményesen állítható elő. A szokásos megoldások a következők: a) feszültségosztás ellenállással, b) 50 Hz-es hálózati segédtranszformátor alkalmazása, c) nagyfeszültségű tranzisztor alkalmazása az indító áramkörben, d) indítás kapacitív osztóval. Ellenállásokkal megvalósított feszültségosztás esetén a meghajtó áramkörök által felvett teljesítmény az átvitt hatásos teljesítménynek általában 2-3 %-a. Ha a bemenő egyenfeszültségről ellenállásosztóval állítjuk elő a kb. 15V segédenergiát, akkor a veszteség az osztó egyik tagján az osztás viszonynak megfelelően az az átalakító teljesítményének 40-60 %-a lesz. Az ilyen tápegységek hatásfoka tehát rendkívül alacsony. Az 50 Hz-es hálózati segédtranszformátor alkalmazása a legelterjedtebb, annak ellenére, hogy a segédtranszformátor elkészítésének költsége, mérete és súlya gyakran nagyobb, mint a mellette alkalmazott nagyfrekvenciás erőátviteli transzformátoré. Ebben a megoldásban a kapcsolóüzemű tápegységnek tulajdonképpen részét képezi egy hagyományos felépítésű kisebb teljesítményű tápegység, amely csak szabályozó és meghajtó áramkörök energiaellátását biztosítja. Nagyfeszültségű tranzisztor alkalmazásakor a tápegység indítása egy ellenállásosztón keresztül nyert segédenergiával történik. Az indítás után a nagyfrekvenciás erőátviteli transzformátoron elhelyezett segédtekercs adja a segédenergiát és az indító ellenállással sorbakapcsolt nagyfeszültségű tranzisztor kikapcsolásával az ellenállás disszipációja megszűnik. A megoldás hátránya, hogy az erőátviteli egység kapcsolóin túl további nagyfeszültségű tranzisztort igényel. A kapacitív osztóval történő indítás lényege, hogy a tápegység bekapcsolásakor a hirtelen megjelenő egyenfeszültség két sorosan kötött kondenzátoron a kapacitások értékével fordított arányban oszlik meg. A nagyobb kondenzátorról vehetjük át az indításhoz szükséges feszültséget. Az indítás utáni segédenergiát itt is egy. az erőátviteli transzformátoron elhelyezett segédtekercs adja. A kapcsolás hátránya, hogy nem valósíti ható meg vele a sok szempontból előnyös lágy indítás és a hálózat kimaradása esetén annak újra indulása sem biztosított. A felsorolt indító és segédenergiaellátó áramkörök változatai a MBLE Components and know-how for SWITCHED-MODE POWER SUPPLY 1980. kiadványában ismertetésre kerültek, pl. az a) pont szerinti megoldás 248. oldalon, a b) pont szerinti megoldás 266. oldalon, a c) pont szerinti megoldás 231. oldalon. A d) pont szerinti kapacitív osztós indítóáramkört alkalmaz a VIDEOTON a „SUPER STAR” televízió készülékében. Az ismert megoldások hiányosságai szükségessé tettek egy olyan új rendszerű indító- és segédenergiaellátó rendszer kialakítását, mely lehetővé teszi a rendszer indítási energiaellátását és felépítésénél fogva tartós üzemben kiküszöböli az indítóáramköröknek működés szempontjából káros fogyasztását. Az indító áramkör alapgondolatát az a felismerés képezi, hogy egy ellenállás és egy kondenzátor soros kapcsolásával és egy vezérelt kapcsoló segítségével csak akkor teszi lehetővé a meghajtó és vezérlő áramkörök működését, amikor a kondenzátorban elegendő energia halmozódott fel. A találmány szerinti megoldás példaképpeni kiviteli alakját az ábrák kapcsán ismertetjük. 1. ábra az indítóáramkör általános vázlata, 2. ábra az indítóáramkör egy tipikus kiviteli alakja tirisztor kapcsolóval megvalósítva. Az 1. ábrán a 110 és 111 kapcsok képezik a nagyfeszültségű bementeket, melyeknél 110 kapocs pozitív, 111 kapocs negatív feszültségű. A 110 és 111 kapcsokról működik a segédenergiaellátó és indító 600 áramkör. A 110 és 111 kapcsok közé van kötve sorosan az RV ellenállásból CV kapacitásból álló passzív integrátor. Az RV ellenállás és CV kapacitás közös pontja a 620 kapcsoló BE bemeneti kapcsára és a közvetlen energiaellátást biztosító DV dióda katódjára csatlakozik. A DV dióda anódja a segédenergia forrás 112 kapcsa. A vezérelt 620 kapcsoló REF refemcia bemenete a 610 referenciaforrásra van csatlakoztatva. A vezérelt 620 kapcsoló KI kimeneti kapcsa szolgál a 120 meghajtó és vezérlő áramkörök táppontjaként. A segédenergiaellátó és indító 600 áramkör működése a következő: Amint a 110 és 111 kapcsokra feszültség kerül, a CV kapacitás a RV ellenálláson keresztül töltődni kezd. A vezérelt 620 kapcsoló mindaddig nyitva van, amíg a CV kapacitás feszültsége és ezzel együtt a vezérelt 620 kapcsoló bemeneti BE pontján megjelenő feszültség el nem ér egy a 610 referenciaforrás által a REF referenciabemeneten meghatározott feszültséget. Ekkor a vezérelt 620 kapcsoló BE bemeneti és KI kimeneti kapcsai között vezetés jön létre, amely lehetővé teszi az energia áramlást a CV kapacitásból a vezérlőáramkörök felé a 120 meghajtó és vezérlőáramkörök kapcsán keresztül. Az energiaátalakító egység feléledése után a folyamatos segédenergiaellátás a segédenergiaforrás 112 kapcsáról a DV diódán keresztül biztosított. A 2. ábrán egy előnyös kiviteli alakot ismertetünk, amelyben a 620 kapcsoló tirisztor. A 2. ábra szerinti kapcsolásban TI tirisztor anódja a BE bemeneti kapcsára van kötve. Katódja a KI 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
