DR. R E D L R I C H Á R D B M E Mikrohullámú Híradástechnika Tanszék
Kapcsolóüzemű feszültségstabilizátorok túlterhelés elleni védelme ETO
A -félvezető kapcsolóeszközök fejlődésének k ö v e t keztében egyre szélesebb körben használatosak a jó hatásfokú, kis súlyú és térfogatú, kapcsolóüzemű feszültségstabilizátorok. A z u t ó b b i n é h á n y évben igen sok cikk és s z a k k ö n y v foglalkozott a felvetődő elméleti és gyakorlati p r o b l é m á k k a l (ld. p l . [1], [2] irodalomjegyzékét). Egy, a felhasználó szem pontjából igen lényeges kérdés — a túlterhelés elleni védekezés — átfogó t á r g y a l á s a azonban eddig nem állt rendelkezésre. E z t a h i á n y t igyekszik pótolni ez a cikk. A túlterhelésnek kétféle oka lehet: a kimenetre csatlakozó fogyasztó ekvivalens ellenállásának a megengedett minimum alá csökkenése (ez a tápegység megfelelő tervezése esetén á l t a l á b a n a fogyasztó m e g h i b á s o d á s á n a k a következménye); a tápegység bekapcsolásakor fellépő tranziens folyamat (a kimeneten mindig jelenlevő energia tároló k o n d e n z á t o r feltöltése). Túlterhelés esetén a végfokozat t r a n z i s z t o r á n a k á r a m á t a vezérlő á r a m és a tranzisztor áramerősítési tényezője, illetve — ha a tranzisztor nem kerül az •aktív t a r t o m á n y b a — a kimeneti feszültség és a ter helő ellenállás határozza meg. Az u t ó b b i kevésbé veszélyes, mert ekkor nem n ő meg jelentősen a tran zisztor veszteségi teljesítménye. Az első esetben a pil lanatnyi disszipáció t ú l h a l a d h a t j a a biztonságos m ű ködési t e r ü l e t (SOAR) által megengedett értéket, és ez a tranzisztor nyitó i r á n y ú második letörését, t e h á t t ö n k r e m e n e t e l é t okozhatja. Mivel a kapcsolóüzemű * tápegységekben alkalmazott tranzisztorok á l t a l á b a n igen érzékenyek a m á s o d i k letörésre (a j ó teljesít m é n y - á t a l a k í t á s i hatásfok érdekében ugyanis t ö b b szörös diffúzióval előállított, inhomogén bázisú, nagy sebességű és kis telítési ellenállású tranzisztorok hasz n á l a t a célszerű), a disszipatív stabilizátoroknál szoká sos áramkorlátozási megoldás nem t e k i n t h e t ő - meg felelőnek. Ennek a megoldásnak a lényege az, hogy a védő á r a m k ö r az áteresztő tranzisztor á r a m á t nem engedi egy bizonyos szint fölé. í g y túlterhelésnél egyidejűleg nagy á r a m és feszültség jelentkezik a tran zisztoron. Igaz, hogy jól m é r e t e z e t t hűtéssel ezt a tranzisztor elviseli, de nem gazdaságos, ha az üzemi disszipáció a csúcsértéknél nagyságrendekkel kisebb. Nagyon fontos t e h á t , hogy a kapcsoló tranzisztort az á r a m k o r l á t o z á s alatt is az üzemi k ö r ü l m é n y e k n e k megfelelő, kis maradékfeszültségű állapotban tartsuk. Erre többféle megoldási m ó d alakult k i , ezeket tekintjük á t a továbbiakban. Beérkezett: 1975. I X . 2.
621.376.722.1:621.316,
1. Hiszterézises védő á r a m k ö r Az i n d u k t i v i t á s t t a r t a l m a z ó feszültségstabilizáto rok s z á m á r a jól h a s z n á l h a t ó a hiszterézises érzékelésű védő á r a m k ö r . Az elvi kapcsolási rajzot a h á r o m a l a p t í p u s r a — a feszültségcsökkentő, feszültségnövelő és polaritásváltó stabilizátorra — az 1. á b r a mutatja be. A 2. á b r á n l á t h a t ó a k é t b e m e n e t ű hiszterézises á r a m k ö r (jele H) transzfer karakterisztikája, azaz az U vezérlő feszültség az érzékelő ellenálláson fellépő U függvényében. A kapcsolási rajzokon nem t ü n t e t t ü k fel az állandó kimeneti feszültségű ü z e m m ó d h o z szükséges ' vezérlő á r a m k ö r t . Feltételezzük, hogy v
s
L R -nnrcn-r-i
s
DÉ
IhL >C\U
k
H
O; Feszültségcsökkentő stabilizátor hiszterézises védelme JÉL
4-c bj. Feszültségnövelő stabilizátor hiszterézises védelme
4c k, C) Polaritás váltó stabilizátor hiszterézises védelme [HWQ-RR]] 1. ábra
U
s
U.snr
ÍH <*09-RR2\
2. ábra
135
H Í R A D Á S T E C H N I K A X X V I I . É V F . 5. SZ.
a v é d ő á r a m k ö r n e k elsőbbsége van a T kapcsoló tranzisztor vezérlésében, t e h á t ha H kimenő szintje kicsi, akkor a tranzisztor biztosan le van z á r v a . > A védelem m i n d h á r o m esetben azonos jelleggel m ű k ö d i k . A m i k o r a vezető T tranzisztoron és az L i n d u k t i v i t á s o n átfolyó á r a m eléri a hiszterézises k ö r átbillentéséhez szükséges J é r t é k é t , H kimeneti feszültsége lecsökken és lezárja T-t. E z u t á n az i n d u k t i v i t á s á r a m a a D d i ó d á n keresztül t ö l t i a C k a p a c i t á s t , m i k ö z b e n monoton csökken az I érték i g . E z t elérve a hiszterézises á r a m k ö r ismét á l l a p o t o t v á l t és T vezetni kezd. Az á r a m k ö r t e r v e z ő s z á m á r a a k i m e n ő feszültség és á r a m közti kapcsolat, azaz a kimenetikarakterisztika, valamint á m ű k ö d é s i frekvencia ismerete igen fontos. A helyes eszközválasztáshoz, illetve méretezéshez azonban a kapcsoló eszközök és az i n d u k t i v i t á s áram-időfüggvényének ismerete is szükséges. A t o v á b b i a k b a n bemutatjuk a feszültségcsökkentő stabilizátorra (íd. la á b r a ) a legfontosabb p a r a m é t e r e k számítási eljárását, és t á b l á z a t b a n összefoglaljuk a m á s i k k é t a l a p t í p u s r a vonatkozó összefüggéseket is. A számítás • ezeknél is az elsőhöz hasonló m ó d o n végezhető el. A lévezetésék során a következő egyszerűsítő fel tevéseket alkalmaztuk: a C k a p a c i t á s v á l t a k o z ó á r a m ú szempontból rövidzárnak tekinthető, • > a vezető T tranzisztor, illetve D dióda azonos ellenállású, így a helyettesítő k é p b e n elegendő egy ellenállást figyelembe v e n n ü n k (ld. 3a á b r a ) ; ez az ellenállás a kapcsoló eszközök veszteségi ellenállásának, az i n d u k t i v i t á s soros* ohmos ellen állásának és az érzékelő ellenállásnak az eredője, az átkapcsolási folyamatokhoz szükséges i d ő elhanyagolható. M
azaz
T
Ti
T
2
(5) (l)-be behelyettesítve (2)-t, és az egyenletet megoldva Tj-re, az e r e d m é n y : rp
i„
~ luft
/
A%
m
Az á r a m k ö r jelalakjait a 36 á b r á n
láthatjuk.
ahol
t=^.
(7)
Ugyanígy T , = r l n Ug + IuR U + IR ki
(8)
m
(5) a l a p j á n í - r e a k ö v e t k e z ő kifejezést ki
üí
R
T
(9)
R
(9)-be behelyettesítve (6)-ot és (8)-at a k i m e n ő karakterisztika rendelkezésünkre áll, b á r nem a szo kásos U =f(I ) alakban, hanem annak i n v e r z e k é n t : ki
kl
U -U -I R Ut-Uu-InR ((J -t7 -J fi)(t7 ,4/ fí) (U -U -I^)(U + I R) In
R
t
t
t
ki
k i
kl
m
m
k
M
ki
üí R
m
(10)
Ha t e h á t szükségünk van a v é d ő á r a m k ö r á l t a l k i a l a k í t o t t k i m e n ő k a r a k t e r i s z t i k á r a , adott U , J I és R p a r a m é t e r é r t é k e k k e l , ezt (10)-ből p o n t o n k é n t m e g h a t á r o z h a t j u k . E z u t á n (6> és (8) segítségével a működési frekvencia és a kitöltési tényező is ki-, számítható. M i n d h á r o m alapkapcsolásra T T és I kifejezését az 1. t á b l á z a t tartalmazza. A t á b l á z a t t a l kapcsolatban megjegyzendő, hogy a feszültségnövelő á r a m k ö r k a r a k t e r i s z t i k á j á n a k o t t szereplő képlete csak az U > U — I R t a r t o m á n y b a n érvényes. E n n é l kisebb U értékek esetén a k i m e n ő feszültség és á r a m k a p c s o l a t á t az t
m >
m
v
4 ~1
nyerjük:
ki
t
2
k i
ki
ki
-t
U =U -I R ki
3. ábra
t
ki
(11)
összefüggés adja meg. M i n t a t á b l á z a t b ó l l á t h a t ó , az i n d u k t i v i t á s n a k nincs h a t á s a a k i m e n ő k a r a k t e r i s z t i k á r a . Az oszcillá ciós frekvenciát az
A k ö r z" á r a m á t a 7\ idő alatt az L
f=r^r
( 1 2 )
kifejezés adja meg. Állandósult á l l a p o t b a n h( i)=Jm-
(2)
T
H a s o n l ó k é p p e n a T i d ő alatt (az egyszerűség k e d v é é r t i t t is a t=0 p o n t b ó l i n dul a függvény) : 2
4 ( 0 = - ^ ( l - e ^ ) + /
M
e ^
(3)
és (4) A kifolyó e g y e n á r a m megegyezik z' (0 átlagával, L
13$
kifejezés adja meg, értéke fordítva arányos L - l e l . A 4. á b r á n a h á r o m v á l t o z a t kimenő karakterisz t i k á j á t t ü n t e t t ü k fel az á b r á n megadott p a r a m é t e r e k kel számolva, valamint azonos p a r a m é t e r ű á r a m k ö r i modelleken m é r v e . A számítási és mérési eredmények a mérési, illetve beállítási h i b a h a t á r o n belül j ó egyezést mutatnak. A z á b r á n az is jól l á t h a t ó , hogy a feszültségcsökkentő kapcsolás á r a m a széles feszült s é g t a r t o m á n y b a n közel állandó, a másik k é t á r a m k ö r nél azonban t á g h a t á r o k k ö z ö t t ingadozik. A r ö v i d zárási á r a m a feszültségnövelő kapcsolásnál az üzemi
DR.
R E D L R . : KAPCSOLÓÜZEMŰ FESZÜLTSÉG-STABILIZÁTOROK
1. táblázat Hiszterézises védő áramkör által kialakított kimenő karakterisztikák, valamint a kapcsoló állapotának időtartama.
tranzisztor vezető (Tj) és zárt
(T ) 2
Ti,
u -Uki-i R t
In
Feszültség csökkentő
m
u -u -i R t
R '
kl
M
t
In
ki
m
ki
M
tí
k
t
ki
t
ki
m
rln
Uki+ IMR
U
m
Uki-Ut
Uki-Ut+IuR Uk(-U +I R
lti
R
Feszültségnövelő
U
t
( ü - I m R ) ( f ú - Ut+ In (U -I R){U -U +I R) T
M
ki
U
T
Í M —
t
k
Vt-I R
r In
m
U't-imR
Uki-Ut+lMR Uki-
U +I R t
m
ki
n
R (I R-U {)(U -I R) M
In
U
M
l
T
m
I R-
ki
Im-i
m
IMR)
t
t
In
U -U -I R U -U -I R
(,U -U -InR)(U i+I R) t
Polaritásváltó
r In
R
(U -U -I R)(U +I R)
t
I R-U m
T
ki
m
In
11n
Ut-inR
Uki ImR-U
IMR-
ki
(,I R-U )(U -I R) m
ki
t
M
D a biztosító kiolvasztásával leválasztja az á r a m k ö r t a bemeneti feszültségforrásról. Elektronikus megoldás e g y é b k é n t csak valamilyen soros elem (pl. t ú l á r á m v é d e t t áteresztő tranzisztor) b e i k t a t á s á v a l képzel h e t ő el, de ez á l t a l á b a n nem gazdaságos. Az 1. t á b l á z a t képleteinek vizsgálata alapján k i derül, hogy a h a t á r á r a m o k relatív különbségétől, azaz '0 5 10 15 20U [V} 0 10 20 30 WU [V]0 10 20 30 W-U CV] az ( J — T )/I h á n y a d o s t ó l erősen függ az oszcillá ü =10V Uf20V J„-'2A J = 2A ciós frekvencia. Illusztrációként a 6. á b r á n feltün 3 =2A Jm= 1A Pm- 1A Jm= 1A t e t t ü k a feszültségcsökkentő kapcsolás normalizált / ? = te R -1íi R = fa frekvenciáját a relatív á r a m k ü l ö n b s é g függvényében. Számított llért A frekvencia igen jó közelítéssel fordítottan a r á n y o s a, feszültségcsökkentő b Feszü/tségnöi/elS c> PolarifásváUó |H«oa->w
M
ki
tí
M
t
m
m
M
M
t
i
J
J~L
2. Csúesáramérzékelő védő á r a m k ö r - - \H *09-RIÍ3\ 1
5. ábra
U -20V t
R = ÍSl J =2A Feszültségcsökkentő áramkör M
0,125 0,250,5 1 >2
Al
T
\H kQ9-RR6\
6. ábra
t r
é r t é k sokszorosa (I = U /R), s ezért i t t a hiszterézises védelem csak a tranzisztor számára megfelelő. A dió d á n a k a teljes rövidzárási á r a m o t el kell viselnie t ö n k r e m e n e t e l nélkül. Ennek kiküszöbölésére m u t a t egy lehetséges megoldást az 5. á b r a . I t t D egy v i szonylag kis á r a m ú kapcsoló dióda, D pedig a B biz tosító kiolvasztásához megfelelő Pt értékű, nagy csúcsáramot elbíró dióda. Kimeneti rövidzár esetén n
A t ú l á r a m v é d e l e m egy másik lehetséges megoldásá nak leírását [3] adja meg. Ez a módszer minden, órajelgenerátorral vezérelt, kapcsolóüzemű stabilizátornál a l k a l m a z h a t ó . Alkalmazásához nem szüksé ges, hogy a stabilizátor soros i n d u k t i v i t á s t t a r t a l mazzon. A működési elvet és a jellegzetes jelalakokat a 7. á b r a mutatja be a feszültségcsökkentő kapcsolás ra. Az óragenerátornak k é t kimenete van. Az egyik kimenete fűrészjelet ad ( U ) , ez a stabilizátor széles ségmodulátorát vezérli, a másik pedig egy törlőjelet ( t / ) , amely visszabillenti az átbillent R — S tárolót. A tároló az alapállapotból akkor kerül átbillent helyzetbe, ha a kapcsoló tranzisztorral sorban elhe lyezett R érzékelő ellenálláson eső feszültség megha ladja az U határfeszültség é r t é k é t (az á b r á n feltün tetett mérőirány szerint n e g a t í v értelemben). A szé lességmodulátor U vezérlő jele egy h á r o m bemenetű É S kapun keresztül j u t a kapcsoló tranzisztor bázisára ( U ) . Ha a törlő jel vagy a tároló negált k i m e n e t é n levő feszültség (UQ) alacsony szinten van, akkor
T
t
2
S
H
M
B
137
H Í R A D Á S T E C H N I K A X X V I I . É V F . 5. SZ.
Vissiacsafo' íás ps
J-T T -rln 1+
2
( C / t
_
í 7 k i
_
•
/ H j R ) ( í / k i + / i f í )
03)
Fejezzük k i Jj-et: r _ (UtU -U^ )(l-A) + R[AU +(l-A)(U
Visszacsatolás
h
cM"\"*
1
kl
t
Üs
I R[U -U (í-A)] I R)]
i
H
+
1
ki
t
ki
H
(14)
ahol
Ug-Rs-h
A=e
r
(15)
és
nn
,
7. ábra
L R'
(16)
Ezek u t á n az I (U ) függvény az 1. t á b l á z a t b ó l kiolvasható, csupán / helyett t o v á b b r a is Í — t , I helyett pedig J^-et kell figyelembe v e n n ü n k . A z ismétlések elkerülésére ezért a 2. t á b l á z a t b a n csak J kifejezését adjuk meg. ki
ki
M
H
m
x
Ug(V\®
<
~"
í(f)
\
C
2. táblázat Csúcsérzékelő védő áramkör esetén fellépő áramminimum értéke a három alapkapcsolásra
U k i
h bj \H W3-RRB\
0)
Feszültség csökkentő
8. ábra
(U ü -Vii) t
(l-A)+I R[ü -
ki
H
t
a m o d u l á t o r kimenete nem képes bekapcsolni a T tranzisztort. Tálterhelésmentes esetben UQ mindig magas szinten van, így a kitöltést csak a törlő jel T ideje korlátozza. Az aktuális kitöltést ekkor a kör ben fennálló negatív visszacsatolás állítja be. A m ó d s z e r t feszültségnövelő, polaritásváltó és transzformátoros csatolású stabilizátorok esetében e g y a r á n t lehet alkalmazni. A k k o r is igen előnyös ez az elrendezés, ha az á r a m k ö r működési frekvenciájá nak pontosan előírt értéken kell maradnia tetszőle ges üzemi k ö r ü l m é n y e k esetén (az állandó frekvencia z a v a r é r z é k e n y berendezésekben használt tápegységek nél fontos, m e g k ö n n y í t i a bemeneti és kimeneti szűrőkörök optimálását). Végül m é g egy hasznos tulajdonságra hívjuk fel a figyelmet. Az érzékelő ellenállás — mindegyik á r a m k ö r i v á l t o z a t n á l — a be m e n ő tápfeszültség pozitív vagy n e g a t í v pontjára csatlakozhat. Ez egyszerűbbé teszi a pontos t ú l á r a m védelem megvalósítását, és bizonyos m é r t é k i g csök kentheti az á r a m k ö r b e n fellépő ohmos veszteségeket (ugyanis csak a kapcsoló vezető á l l a p o t á b a n folyik á r a m az érzékelőn, nem pedig a teljes periódusban). A k i m e n ő karakterisztika ebben az esetben is meg a d h a t ó z á r t alakban. A számítást vázlatosan bemu t a t j u k a feszültségcsökkentő kapcsolásra, a 8. á b r á n f e l t ü n t e t e t t helyettesítő k é p és jelalakok esetén. A feltevések megegyeznek a hiszterézises védelem vizsgálatánál alkalmazottakkal. Az ZL á r a m o t a T és a T — T — 7 \ szakaszokra az (1) és (3) kifejezés adja meg, csupán 7 helyett kell Í — t , I helyett pedig Jj-et í r n u n k . Ennek meg felelően az állandósult állapotra i t t is érvényes az i ( I j ) = / és i^T )=Ii egyenlet, ij-et azonban nem ismerjük, ellentétben a hiszterézises védelemmel. Meghatározva 7\ és T értékét, és a k é t i d ő t a r t a m o t összeadva, az óragenerátor periódusidejét, T-t kap j u k eredményül, s ebből 7 m á r s z á m í t h a t ó : 0
í
H
2
2
X
138
a
H
FeszültségFeszültség növelő
(£/?-
Polaritásváltó
- ü t D ( l - A)+ IúR(U -
U Ukd ( 1 - A)+
AI R(U -ü y
t
H
t
ki
RKl-A)(U -I R)-U l t
H
ki
u
V)
t
ki
R(AU -U ) t
ki
3M 0,95 K
0 5 10 15 20UJ40 10 20 30 WÜ MO 10 20 30 W-U„M Ui=20V L°=1mt1 UfWy L=1mH U =W L = 1mH J * = 1A T-100//S J =2A T=100/JS 3 = 2A T=100JUS R = tsi , / ? = 1íi R =1z a, Feszültségcsökkentő b,Feszültségnöye/ő CjPolaritási/áltó u
{
H
H
(
WiOS-RR9\
9. ábra
A 9. á b r á n t ü n t e t t ü k fel a k i s z á m í t o t t kimeneti ka r a k t e r i s z t i k á k a t m i n d h á r o m változatra. Mint a hisz terézises védelemmel ellátott kapcsolásoknál, i t t is l á t h a t ó , hogy a feszültségcsökkentő stabilizátornál közel állandó a kimenő"aram, a másik kettőnél azon ban csökkenő abszolút é r t é k ű kimeneti feszültség esetén erősen m e g n ő a k i m e n ő á r a m . A feszültség növelő stabilizátor rövidzárási áramáról, illetve zár latvédelméről előzőleg elmondottak i t t is érvényesek. 3. A kimeneti karakterisztikák korrekciója
m
,
1
kl
2
M
H
U (l-A)]
t
R[AU +(l-A)(U +I R)]
A feszültségnövelő és a polaritásváltó á r a m k ö r k i m e n ő k a r a k t e r i s z t i k á j á n a k nemlinearitását egy szerű módszerrel lehet"csökkenteni. Az eljárás mind a hiszterézises, m i n d pedig a csúcsáramérzékelő védelemnél h a s z n á l h a t ó . A 10. á b r á n a hiszterézises védelmű polaritásváltó m ó d o s í t o t t elvi kapcsolását
D R . R E D L R . : KAPCSOLÓÜZEMŰ
FESZÜLTSÉG-STABILIZÁTOROK
4. Egyéb védelmi lehetőségek •
10. ábra -Jtí [A]
Uf = 10V J =2A M
' 0,01 0,02 (105 0,1 0,2
0,50 (lg)
$
R~1si U -fOV k7
,
•
\H>>09-RRH\
M
11. ábra
l á t h a t j u k . A módosítás lényege az, hogy a kimenő feszültséggel arányos j3U n a g y s á g ú jelet a d u n k h o z z á az érzékelő ellenálláson eső U feszültséghez. Mivel esetünkben az eredő feszültség csökken ( í / negatív), nagyobb áramszintnél k e z d ő d i k el a korlátozás. A túlterhelés növelésével k i s e b b é válik a kimeneti feszültség, megnő a hiszterézises k ö r b e m e n ő szintje, azaz lecsökken a korlátozási á r a m . Megfelelő /S érték kel a kimeneti h a t á r á r a m jól megközelítheti a rövidzárási á r a m o t . A /? osztásarány m e g á l l a p í t á s á h o z egy k o n k r é t á r a m k ö r esetén k i kell s z á m í t a n i az I ( P ) karakterisz t i k á t a tápfeszültség (C/ ), a névleges k i m e n ő feszült ség (U {), az I , illetve I h a t á r á r a m o k és az R vesz teségi ellenállás rögzített é r t é k e esetén. E z u t á n k i lehet jelölni a k í v á n t á r a m m a x i m u m h o z (I ) t a r t o z ó /3 értéket. A s z á m í t á s e r e d m é n y é t és a /S tényező m e g h a t á r o z á s á t a 11. á b r á n l á t h a t j u k az á b r á n f e l t ü n t e t e t t p a r a m é t e r ű kapcsolásra. A szá m í t á s során az ki
s
k i
k i
t
k
M
m
km
M
M
fí " U
(17)
illetve az (18) összefüggésekkel v e t t ü k figyelembe az á r a m k ö r módosítását. A diagramon f e l t ü n t e t t ü k a rövidzárási á r a m értékét is. A csúcsáramérzékeléses védelemnél természetesen csak a felső á r a m s z i n t e t , azaz 7 é r t é k é t lehet meg v á l t o z t a t n i . I t t az H
V — T — fi P~I^U
H —H
1
I
k
l
(19)
összefüggés lesz érvényes. A feszültségnövelő k a p c s o l á s n á l hasonlóképpen valósítható meg a karakterisztika korrekciója. Meg jegyzendő, hogy amikor a k i m e n ő feszültség a t á p feszültség alá csökkent, i t t sem lesz a védelemnek t o v á b b i h a t á s a a kimeneti k a r a k t e r i s z t i k á r a .
Túlterhelés ellen az eddig ismertetett m ó d s z e r e k t ő l eltérően is m e g v é d h e t ő k a stabilizátorok. E g y s z e r ű megoldás például egy előírt á r a m s z i n t elérésekor a kapcsolótranzisztor vezérlésének végleges meg szüntetése. A z újraindítás kézi ú t o n [4] vagy automatikusan [5] t ö r t é n h e t . Felügyelet nélkül m ű k ö d ő t á p e g y s é geknél természetesen az u t ó b b i t célszerű használni^ Helytelen méretezés esetén m i n d k é t v á l t o z a t n á l sajátos probléma jelentkezhet. A tápegység nem ' helyezhető üzembe, mert „megszólal" a v é d e l e m . Ez a bekapcsolási áramcsúcs k ö v e t k e z m é n y e . A m á sodik változatnál ez kis frekvenciás oszcillációként figyelhető meg. A jelenség elkerülésére nagy L/C viszonyt kell biztosítanunk, de ez á l t a l á b a n nem gazdaságos. J á r h a t ó ú t az is, ha a referenciajel fel futását lassítjuk (pl. RC tagos késleltetéssel), m i v e l így is csökken a csúcsáram. Megvalósítható olyan kapcsolóüzemű s t a b i l i z á t o r is, amely nem igényel külön t ú l á r a m v é d e l m e t . Ilyen megoldást ír le [6] és [7]. Az elsőben a kapcsoló t r a n zisztort a k o l l e k t o r á r a m m a l arányos bázisáram vezérli egy á r a m t r a n s z f o r m á t o r o n keresztül. Egy beállított küszöbszint elérése u t á n lekapcsolódik a vezérlés. I t t a negatív visszacsatolás a működési frekvencia v á l t o z t a t á s á v a l hat. A másik módszer lényege az analóg hibajel és ennek e r e d m é n y e k é n t a kitöltési tényező korlátozása. Ez meggátolja egy adott csúcsérték fölötti kimenő' á r a m felléptét. A megoldás h á t r á n y a a kimenő karakterisztika kiszélesedése a korlátozási t a r t o m á n y b a n . Az állandó feszültségű szakaszban kivehető maximális á r a m ugyanis jóval alatta marad a rövidzárási á r a m n a k (még a feszültségcsökkentő stabilizátornál is). 5. Összefoglalás A kapcsolóüzemű stabilizátorok megbízhatóságá nak növelése érdekében feltétlenül ajánlatos vala milyen, a kapcsoló eszközök túláramvédelmére szolgá ló á r a m k ö r alkalmazása. A cikkben részletesen ismer tetett k é t módszer a túlterhelésből vagy bekapcsolási tranziensből származó t ú l á r a m ellen különösen jól h a s z n á l h a t ó . A kialakuló karakterisztikák z á r t k é p lettel m e g a d h a t ó k , az eredmények helyességét a modell á r a m k ö r ö k ö n végzett mérések igazolták. IRODALOM
"
[1] Redl R.: Tranzisztoros kapcsolóüzemű feszültségstabilizátor alaptípusok vizsgálata. Híradástechnika, 1973. 6. 173—177. old. [2] RedlR.: Neue Trends beim Entwurf von Stromversorgungseinrichtungen. Radio Fernsehen Elektronik, 1975. H . 7. 214—216. o. [3] DT. Gschwindt A.~Redl R.: Kapcsolás} elrendezés kapcso lóüzemű tranzisztoros feszültségstabilizátorok túláram védelmére. 166.190. sz. magyar szabadalom [4] Widlar, R. J.: Design for negatíve voltage regulators. Natio/íal Semiconductor AN—21, 1968. dec. [5] George, B.: Yariable 35V 10A switched-mode voltage re gulator. Mullard Technical Communications, 1973. július 279—292. old. [6] Kinghorn, J. R.: Flyback converters with current transformer drive. Mullard Technical Communications, 1975. jan. 210— 224. old. [7] Capel, A.: New control technique ín dc/dc regulators for space applications. I E E E Tr. A E S , 1972. júl. 472— 480. old.
139
