DK165350B - Skiftearbejdsmaadeeffektforsyning - Google Patents

Description

i

DK 165350B

o

Opfindelsen angår en skiftearbejdsmådeeffektforsy-ning (switch mode power supply).

En skiftearbejdsmådeeffektforsyning af kendt art omfatter, som vist i fig. 1, en transformer 2, hvis pri-5 mærvikling 4 er serieforbundet med kollektor-emitterstræk-ning i en transistor 6 mellem en jævnspændingskildes to klemmer, og hvis sekundærvikling 8 gennem en ensretter 10 og et lavpasfilter 12 er forbundt med en belastning 14. Belastningen kan f.eks. være et laboratorieinstruments effekt-10 forsyningsbus. Det indses af fagfolk på området, at når transistoren 6 er tilkoblet forøges strømmen i primærviklingen 4. Når transistoren 6 er afbrudt, skifter strømmen til sekundærviklingen 8, i hvilken den henfalder. Den strøm, som flyder i transformeren 2's sekundærvikling 8, ensret-15 tes og filtreres og påtrykkes belastningen 14.

Transistoren 6 tilkobles og afbrydes af et basis-elektrodedrivkredsløb, der omfatter en transformer 16, en transistor 18, en zenerdiode 20 og en impulsgenerator 22. Transformeren 16's primærvikling 24 er typisk forbundet 20 med en +12 volt jævnspændingskilde. Impulsgeneratoren 22 frembringer impulser i et impulstog med en gentagelsesfrekvens, der typisk er omkring 30 kHz. Impulstogets udnyttelsesforhold varierer i afhængighed af den med transformeren 2 forbundne belastnings effektkrav. Udnyttelsesforholdet kan ty-25 pisk variere mellem 10% og 50%. Når transistoren 18 er tilkoblet af en impuls fra generatoren 22, flyder der strøm i transformeren 16's primærvikling 24 og der induceres en tilsvarende strøm i sekundærviklingen 26, hvorved tilvejebringes basisgennemgangsstrøm til transistoren 6 således 30 at transistoren 6 tilkobles og der derved opbygges ladning i transistoren 6's basis-emitterområde. Basisgennemgangsstrømmen begrænses af en modstand 28. I den tid, i hvilken transistoren 18 er tilkoblet, forøges magnetiseringsstrømmen i transformeren 16's primærvikling 24.

35 Når der flyder basisgennemgangsstrøm i sekundær viklingen 26, oplades kondensatoren 30 på den viste måde,

DK 165350 B

2 således at når strømmen holder op med at flyde i primærviklingen 24 holdes transistoren 6's basis negativ, hvorved transistoren 6 forbliver afbrudt. En diode 32 begrænser spændingsfaldet over kondensatoren 30 til et enkelt diode-5 spændingsfald (omtrent 0,6 volt).

Når transistoren 18 afbrydes, vokser spændingen ved transistoren 18's kollektorelektrode lidt, f.eks. til 13 volt, og den magnetiseringsstrøm, som flød i transformeren 16's primærvikling 24, overføres til sekundærviklingen 26 som 10 en basisspærrestrøm, hvorved der trækkes ladningsbærere fra transistoren 6's basis-emitterområde. Basisspærrestrøm-men er proportional med primærviklingens magnetiserings strøm.

Når transistoren 6 ikke længere kan opretholde basisspærre-strømmen (dens basis-emitterområde tømmes for ladningsbæ-15 rere og afbrydes derfor) , holder strømmen op med at flyde i sekundærviklingen 26. Ved dette tidspunkt overføres magnetiseringsstrømmen igen til primærviklingen 24, og spændingen ved transistoren 18's kollektor vokser til zenerdio- . den 20's tærskelværdi, f.eks. 30 volt. Den store spændings-20 forskel over primærviklingen 24 muliggør hurtig afmagnetisering af transformerkernen.

Denne rækkefølge af begivenheder indtræffer én gang pr. cyclus ved generatoren 22's arbejdsfrekvens. Som. anført ovenfor er basisspærrestrømmen proportional med den 25 magnetiseringsstrøm, som flyder i primærviklingen 24. Magnetiseringstrømmen er proportional med det tidsrum, i hvilket transistoren 18 er tilkoblet (udnyttelsesforhold).

Basisspærrestrømmen afhænger af udnytteIsesforholdet, og eftersom udnyttelsesforholdet ændrer sig med 30 indgangsspændingen og udgangsbelastningsbetingelserne, kan basisspærrestrømmen ændre sig betydeligt. Dette indebærer, at transistoren 6 kan forbruge mere effekt end det er nødvendigt under givne netspændings- og belastningsforhold.

Denne kendte teknik er eksempelvis omtalt i us patent-35 skrift nr. 3.769.572 og nr. 4.447.741.

Det er opfindelsens formål at mindske det ovennævnte

DK 165350 B

3 unødvendige effektforbrug, der kan forekomme ved givne netspændings- og belastningsforhold.

Ovennævnte formål løses ifølge opfindelsen med de i krav l's kendetegnende del angivne midler.

5 Ifølge opfindelsen er der tilvejebragt en skifte arbe jdsmådeef fektforsyning, som omfatter en basiselektro-dedrivtransformer med en primærvikling, en sekundærvikling samt en kerne af magnetisk materiale, et med den ene ende af primærviklingen forbundet omskiftningsorgan og en tran-sistor, hvis basiselektrode er forbundet med den ene ende af sekundærviklingen og hvis emitterelektrode er forbundet med den anden ende af sekundærviklingen, således at når primærviklingen og omskiftningsorganet er forbundet mellem en jævnspændingskilde, og omskiftningsorganet intermitte-^ rende er sluttet, frembringes en kollektorstrøm i transistoren, og effektforsyningen omfatter endvidere et strømafhængigt spændingsfikseringskredsløb, der er forbundet over en vikling på transformeren for at forhindre at spændingen over transformerviklingen overstiger en forudbestemt 20 grænse, så længe den magnetiseringsstrøm, som flyder i primærviklingen, når omskiftningsorganet er åbent, ikke overskrider en forudbestemt værdi.

I en foretrukket udførelsesform af opfindelsen er virkningen af det strømafhængige spændingsfikseringskreds-25 løb at formindske basisspærrestrømmens variation med udnyttelsesforholdet og således formindske den i transistoren afsatte effekt.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken 30 fig. 1 skematisk viser en skiftearbejdsmådeeffekt- forsyning af kendt art, og fig. 2 skematisk viser en skiftearbejdsmådeeffekt-forsyning ifølge opfindelsen.

Den i fig. 2 viste skiftearbejdsmådeeffektforsy-ning adskiller sig fra den i fig. 1 viste ved at der er forbundet et strømafhængigt spændingsfikseringskredsløb 0

DK 165350 B

4 34 over transformeren 16's primærvikling 24. Når transistoren 18 er tilkoblet, er dioden 36 forspændt i spærreretningen, og derfor påvirker fikseringskredsløbet ikke virkemåden af basiselektrodedrivkredsløbet. Når transistoren 18 5 imidlertid afbrydes og spændingen ved transistoren 18's kollektor vokser, forspændes dioden 36 i gennemgangsretningen og er i stand til at lede strøm.

Fikseringskredsløbet 34 forhindrer at spændingen over transformeren 16's primærvikling overskrider en for-10 udbestemt værdi, når den strøm, der flyder gennem fikseringskredsløbet, selv er mindre end en forudbestemt størsteværdi. Når strømmen gennem niveaufikseringskredsløbet derfor er lille, holdes spændingen over primærviklingen på en lille værdi. Ved således at begrænse spændingen o-15 ver primærviklingen kan magnetiserings strømmen ikke aftage til nul før transistoren 18 igen er tilkoblet, og derfor kan fluxen i transformerkernen ikke formindskes til nul.

Eftersom det ikke tillades at magnetiseringsstrøm-20 men i primærviklingen aftager til nul, vil fluxen i transformerkernen forøges under på hinanden følgende cycler, og magnetiseringsstrømmen fra en given cyclus vil forøge magnetiseringsstrømmen fra de forudgående cycler indtil den Ønskede størsteværdi er nået. Til dette tidspunkt vokser 25 spændingen over fikseringskredsløbet, og kernens flux tillades at aftage. Magnetiseringsstrømmen forøges derfor ikke ubegrænset.

Under forudsætning af at induktansen af transformeren 16's primærvikling er stor, kan basisspærrestrømmen 30 i sekundærvikl ingen 26 kun forøges med en lille værdi o- ver den værdi, som er indstillet af det strømafhængige spændingsfikseringskredsløb, selv om impulsgeneratoren 22's udnyttelsesforhold er stort. Basisspærrestrømmen kan derfor holdes næsten konstant under alle belastnings- og net-35 spændingsforhold.

Det strømafhængige fikseringskredsløb 34 begrænser 5

UIV ID0*5ου D

0 spændingen over transformeren 16's primærvikling 24 på følgende måde: når der flyder magnetiseringsstrøm gennem primærviklingen, tilfører modstanden 38 basisstrøm til transistoren 40, hvorved transistoren 40 leder. Den strøm, der ledes af transistoren 40, holder spændingen over primærvik- 5 lingen lille. Hvis den strøm, der ledes af transistoren 40, bliver for stor, bevirker spændingsfaldet over modstanden 42 at transistoren 44 leder, hvorved transistoren 40 afbrydes, således at spændingen over primærviklingen 24 vokser.

10 Det indses, at opfindelsen ikke er begrænset til den særlige effektforsyning, som er blevet vist og beskrevet under henvisning til fig. 2, og at der kan foretages ændringer deri uden at afvige fra opfindelsens rammer, således som de er fastlagt i de vedføjede krav og dertil sva- 15 rende krav. F.eks. er den beskrevne udførelse af fikseringskredsløbet 34, der omfatter dioden 36, modstandene 38 og 42 og transistorerne 40 og 44 kun en mulig udførelsesmåde af den ønskede begrænsning af spændingen over transformeren 16's priipærvikling uden at magnetiseringsstrømmen har mulig- 20 hed for at vokse ubegrænset. Eftersom spændingerne over og strømmene gennem transformerens viklinger endvidere afhænger af hinanden, kan et strømafhængigt spændingsfikseringskredsløb udformes så det forbindes over sekundærviklingen eller en særlig tredie vikling i stedet for primærviklingen.

25 30 35

Claims (3)

1. Skiftearbejdsmådeeffektforsyning af den art der omfatter en basiselektrodedrivtransformer (16) med en primærvikling (24), en sekundærvikling (26) og en kerne af magne- 5 tisk materiale, et omskiftningsorgan (18) som er forbundet med primærviklingens (24) ene ende og en transistor (6), hvis basiselektrode er forbundet med sekundærviklingens (26) ene ende, og hvis emitter elektrode er forbundet med sekundærviklingens (26) anden ende over en kondensator (30) 10 med en diode (32) forbundet parallelt med kondensatoren, således at når primærviklingen (24) og omskiftningsorganet (18) er forbundet med en jævnspændingskilde, og omskiftningsorganet (18) intermitterende er sluttet, frembringes kollektorstrøm i transistoren (6), kendetegnet 15 ved, at et strømafhængigt spændingsfikseringskredsløb (34) er .forbundet over en vikling (24) på transformeren (16) for at forhindre at spændingen over transformerviklingen (24) overskrider en forudbestemt grænse så længe den magnetiseringsstrøm, som flyder i primærviklingen (24), når omskift-20 ningsorganet (18) er åbent, ikke overskrider en forudbestemt værdi, idet det strømafhængige spændingsfikseringskredsløb (34) indbefatter en diode (36) og et strømbegrænsende netværk (38,40,42,44) med to klemmer.

2. Effektforsyning ifølge krav 1, kendeteg- 25 net ved, at det strømafhængige spændingsfikseringskredsløb (34) er parallelforbundet med transformerens (16) primærvikling (24).

3. Effektforsyning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det strømafhængige spændingsfikseringskredsløb 30 (34) omfatter en diode (36) samt et toklemmet netværk, som omfatter en første (40) og en anden transistor (44), der hver har en basiselektrode, en kollektorelektrode og en emitterelektrode, idet den første transistors (40) kollektorelektrode er forbundet med netværkets ene klemme, og den' 35 anden transistors (44) emitterelektrode er forbundet med netværkets anden klemme, idet den første transistors (40) 7 υιν ιοooου d basiselektrode er forbundet med den anden transistors (44) kollektorelektrode og den første transistors (40) emitter-elektrode er forbundet med den anden transistors (44) basiselektrode, og netværket omfatter også en første modstand 5 (38), som er forbundet mellem den første transistors (40) basiselektrode og kollektorelektrode, og en anden modstand (42), som er forbundet mellem den anden transistors (44) basiselektrode og emitterelektrode, og at netværkets ene klemme gennem dioden (36) er forbundet med den ene ende af 10 transformerens (16) ene vikling (24) og netværkets anden klemme er forbundet med nævnte ene viklings (24) anden ende. 15 /