SE510366C2 - AC/DC Omvandlare - Google Patents

Description

io, 510 see [2 växelnätspänningen antar två olika värden exempelvis 220V eller 110V och dels ett problem hur en inström skall kunna anta en på förhand angiven strömkurva.

Ytterligare ett problem är att för att erhålla konstanta värden på lastens effekt, då nätspänningen exempelvis antar ovan nämnda vanligt förekommande värden, måste vissa komponenter i den elektriska kretsen dimensioneras för mycket stor energi och därmed blir dessa delar onödigt stora och dyra.

Föreliggande uppfinning avser att lösa ovan nämnda problem genom att anordna en förbättrad likriktande elektrisk krets innefattande ett flertal dioder, minst en spole, minst två kondensatorer, minst en strömbrytare samt minst en högfrekvensswitch.

I en utföringsform är två par seriekopplade dioder ordnade tillsammans till en fullvàgslikriktare. Till denna fullvågs- likriktare kopplas en 'växelspänning så att ena förbindnings- punkten anordnas i förbindningslinjen mellan dioderna i det ena diodparet och den andra förbindningspunkten anordnas mellan dioderna i det andra diodparet. Parallellt med fullvågs- likriktaren kopplas två spolar och högfrekvensswitchen. Den första spolens ena ände kopplas till fullvágslikriktarens ena DC-sida med den högsta potentialen, s.k.positiva sida. Den andra spolens ena ände kopplas till fullvágslikriktarens andra DC-sida med den lägsta potentialen, s.k. negativ sida. Mellan de båda spolarna kopplas högfrekvensswitchen så att en första ände på högfrekvensswitchen är kopplad till en andra ände på den första spolen och en andra ände på högfrekvensswitchen är kopplad till den andra änden pà den andra spolen. lO ° 510 ses En femte och en sjätte diod samt två kondensatorer kopplas parallellt med högfrekvensswitchen. Den femte diodens anod kopplas till den första spolen så att nämnda första spole sitter mellan den positiva sidan i fullvågslikriktaren och nämnda femte diod. En sjätte diods katod är kopplad till den andra spolen så att den andra spolen sitter mellan den negativa sidan i fullvågslikriktaren och katoden på nämnda sjätte diod.

Mellan den första och den andra dioden finns anordnat två seriekopplade kondensatorer. På förbindningslinjen mellan. det ena diodparet i fullvàgslikriktaren. kopplas ena änden på en strömbrytare. Den andra änden på strömbrytaren anordnas på förbindningslinjen mellan de båda kondensatorerna.

För en relativt hög växelspänning, exempelvis 220V, är strömbrytaren och kretsen arbetar i ett så kallat öppen làgboostläge. För en relativt låg växelspänning, exempelvis 110V, är strömbrytaren sluten och kretsen arbetar i ett så kallat högboostläge eller spänningsdubblarläge. Strömbrytaren kopplar om företrädesvis automatiskt beroende på vilken spänning som kretsen är ansluten till.

När högfrekvensswitchen leder och kretsen arbetar i högboostläget tas ström från nätspänningen och lagras i de båda spolarna. När högfrekvensswitchen är frànslagen urladdas den magnetiska energin i. spolarna och laddar upp kondensatorerna.

Högfrekvensswitchens pulsbredd är anpassad. så att inströmmen antar en på förhand bestämd kurvform exempelvis sinus.

När högfrekvensswitchen leder och kretsen arbetar i lågboostläget fungerar kretsen likartat som i högboostläget. När högfrekvensswitchen är urladdas den frànslagen magnetiska energin j. den ena halvcykelperiodenfrån den första spolen och 10A 510 366 "l laddar upp den första kondensatorn. I den andra halvcykelperioden urladdas den magnetiska energin fràn den andra spolen och laddar upp den andra kondensatorn.

Med beskrivna kopplingar kan samma energi omvandlas i högboostläget som i làgboostläget om nätspänningen i högboostläget är dubbelt så hög som i làgboostläget.

Då samma energi omvandlas i lágboostläget 220V och högboostläget llOV måste strömmen vara dubbelt så hög i làgboostläget jämfört med högboostläget. Detta àstadkoms genom att ledtiden för högfrekvensswitchen ökas till ett lämpligt värde i làgboostläget.

Avsikten med uppfinningen är att reducera antalet komponenter samt storleken pà komponenterna i en elektrisk krets för likriktning av växelspänning, som klarar av att arbeta mellan minst två olika nätspänningar exempelvis llOV och 220V, samt att kretsens verkningsgrad skall hållas konstant oberoende av vilken av ovan nämnda nätspänningar som används.

En fördel med föreliggande uppfinning är att den endast innefattar en transistor.

En annan fördel med föreliggande uppfinning är att effektfaktorn är hög.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en utföringsfornx av en. elektrisk krets enligt uppfinningen. 510 see Figur 2 visar en annan utföringsform av den elektriska kretsen enligt uppfinningen.

Figur 3 visar en spänningskurva för kretsen i figur 1.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGS FORMER I figur l visas en utföringsform pá en elektrisk krets för likriktning med spänningsdubblering och med omkoppling efter variabel nätspänning. Den elektriska kretsen innefattar två par seriekopplade dioder D1,D2 respektive D2,D4 sammankopplade till en fullvágslikriktare. Nämnda fullvágslikriktare är anordnad med en negativ sida ll och en positiv sida 12. Fullvàgslikriktaren är kopplad till en nätväxelspänning U på så sätt att den ena kontaktpunkten 21 på nätväxelspänningen U är anordnad på förbindelselinjen mellan dioderna i det första diodparet och den andra kontaktpunkten 22 på nätväxelspänningen U är anordnad på förbindelselinjen mellan dioderna i det andra diodparet.

Parallellt med. diodparen i fullvågslikriktaren finns anordnat två spolar L1, L2 och en högfrekvensswitch T1. Den första spolen Ll är kopplad med sin första ände till fullvàgslikriktarens positiva sida 12. Den andra änden pà nämnda spole är kopplad till högfrekvensswitchen Tl som i detta fall utgörs av en transistor. Tl kan också utgöras av en komponent med liknande egenskaper. Den andra änden på den första spolen är kopplad till transistorns drain. Transistorns gate och source är kopplad till ett styrdon, ej visad i figuren. Den andra spolen L2 är kopplad med sin första ände till fullvàgslikriktarens negativa sida ll.

Den andra änden pà spolen L2 är kopplad till transistorns source. Spolarna kan antingen vara separata eller vara anordnade pà samma kärna. 5110 366 i6 Parallellt med högfrekvensswitchen T1 finns anordnat tvá dioder D5,D6 samt tvâ kondensatorer Cl,C2. Den femte dioden D5 är med sin anod kopplad till den andra änden pà spolen Ll. Den sjätte dioden D6 är' med sin katod. kopplad till den. andra änden. på spolen L2. Mellan katoden på dioden DS och anoden pà dioden D6 finns anordnat tvà seriekopplade kondensatorer Cl och C2.

Pà förbindningslinjen mellan dioderna i något av diodparen Dl,D3 eller D2,D4 i fullvágslikriktaren kopplas ena änden på en strömbrytare S. Den andra änden pà nämnda strömbrytare kopplas mellan förbindningslinjen till kondensatorerna Cl och C2.

Strömbrytaren S som i denna utföringsform växlar mellan tvá olika lägen beroende på vilken nätväxelspänning som kretsen är kopplad till, är företrädesvis automatiskt omkopplingsbar mellan de två olika lägena enligt välkända metoder inom omrâdet.

När kretsen är kopplad till relativt höga nätspänningar, exempelvis 220V, är strömbrytaren S öppen och kretsen arbetar i ett så kallat làgboostläge. Dioderna Dl, D2, D3 och D4 sammverkar till en konventionell 220V fullvàgslikriktare. I läget fungerar uppfinningen som en så kallad pump enligt känd teknik. När T1 leder tas ström från nätväxelspänningen IJ via Dl/D4 eller D2/D3 och lagras i Ll och. L2 sonx då laddas med magnetisk energi. När Tl är frànslagen urladdas den magnetiska energin i Ll via D5 till Cl, och i L2 via D6 till C2.

Pulsbredden på Tl är vid varje punkt anpassad i bredd så att inströmmen kan formas efter önskad kurvform över en period.

Antag att inströmmen är sinusformad, vid sinuskurvans topp är överförd energi från Ll/L2 till Cl/C2 liten men strömmen som Vid sinuskurvans strömmen och högst. nollgenomgáng är både energin låg. Högsta överförd effekt är däremellan. lO 510 366 I figur 2 visas en annan utföringsform på den elektriska kretsen för likriktning med spänningsdubblering och med omkoppling efter variabel nätspänning. Den elektriska kretsen innefattar tvà par seriekopplade dioder D1,D3 respektive D2,D4 sammankopplade till en fullvàgslikriktare. Nämnda fullvågslikriktare är anordnad med en negativ sida 11 och en positiv sida 12. Fullvàgslikriktaren kopplas till en nätväxelspänning U pá så sätt att den ena kontaktpunkten 21 på nätväxelspänningen U anordnas pà förbindelselinjen mellan dioderna i det första diodparet och den andra kontaktpunkten 22 på nätväxelspänningen U anordnas pà förbindelselinjen mellan dioderna i det andra diodparet.

Parallellt med diodparen i fullvágslikriktaren finns anordnat en spole Ll och en högfrekvensswitch Tl. Spolen Ll är kopplad med sin första ände till fullvágslikriktarens positiva sida 12. Den andra änden på nämnda spole är kopplad till högfrekvensswitchen Tl. Högfrekvensswitchen utgörs i detta utföringsexempel av en transistor men kan också vara en annan komponent med motsvavrande egenskaper. Spolens andra ände är j. detta fall kopplad till transistorns drain. Transistorns source är kopplad till fullvàgslikriktarens negativa sida ll. Transistorns gate och source är kopplad till ett styrdon, ej visad i figuren.

Parallellt med transistorn T1 finns anordnat tvà dioder D5,D6 samt två kondensatorer C1,C2. Den femte dioden D5 är med sin anod kopplad till den andra änden på spolen Ll. Den sjätte dioden. D6 är' med sin. katod. kopplad. till fullvågslikriktarens negativa sida samt till transistorns source. Mellan katoden pà dioden D5 och anoden på dioden D6 finns anordnat två seriekopplade kondensatorer Cl och C2.

Pà förbindningslinjen mellan dioderna i något av diodparen Dl,D3 eller D2,D4 i fullvàgslikriktaren kopplas ena änden pá en 510 :se A8 strömbrytare S. Den andra änden på nämnda strömbrytare kopplas mellan till kondensatorerna Cl förbindningslinjen och C2.

Strömbrytaren S som i denna utföringsform växlar mellan två olika lägen beroende på vilken nâtväxelspänning som kretsen är kopplad till, är företrädesvis automatiskt omkopplingsbar mellan de två olika lägena enligt välkända metoder inom området.

Normalt brukar en sådan här pump dimensioneras så att den klarar att ladda en kondensator (Cl + C2) till samma spänning som vid 220V även när inspänningen blir 110V. Nackdelen med detta är att mycket energi måste omvandlas och pumpen blir stor, dyr och verkningsgraden sjunker. Vid sinuskurvans topp är Överförd energi som högst.

Med en omkopplingsbar pump enligt uppfinningen omvandlas samma energi i ll0V fallet som i 220V fallet. Vid sinuskurvans topp är överförd energi liten som i 220V fallet. Men eftersom denna energi tas från 110V via D2/D3 eller Dl/D4 måste strömmen vara dubbelt så hög och det får man genom att ledtiden för Tl ökas till lämpligt värde.

Den elektriska kretsen i figur 1 kan även fungera om spolen L2 tas bort, dock försämras kretsens prestanda en del. Man kan även införa minst ett motstånd i den elektriska kretsen för att erhålla strömbegränsning. Motståndet kan placeras med sin ena anslutningsände mellan katoden på dioden D6 och den andra änden på spolen L2. Motståndets andra anslutningsände kopplas till transistorn Tl.

I figur 3 ser vi ett exempel på hur pumpen kan arbeta och hur den likriktade spänningen ser ut i lågboostläget enligt kretsen i figur l. '9 510 366 Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och pá ritningen visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (5)

510 366 10 10 15 20 25 PATENTKRAV

1. Elektrisk krets för likriktning med spänningsdubblering, där kretsen är omkopplingsbar till olika nätspänningar, k ä n n e- t e c k n a d av att den elektriska kretsen innefattar -två par seriekopplade dioder (D1,D3) respektive (D2,D4) anordnade som en fullvågslikriktare med en negativ sida (11) och (12) en positiv sida för tillhandahållande av en likriktad växelspänning, -en spole (Ll) kopplad med sin första ände till den positiva sidan (12) på nämnda fullvàgslikriktare och med sin andra ände kopplad till en anod pà en femte diod (D5), -en sjätte diod (D6) kopplad med sin katod till den negativa sidan (11) på fullvàgslikriktaren och med sin anod kopplad till femte diod (D5) via två en katod på nämnda seriekopplade kondensatorer (Cl, C2), -ett medel för switchning (Tl) kopplad med sin första ände till kontaktpunkten mellan spolens (Ll) andra ände och anoden pà den femte dioden (D5) och med sin andra ände kopplad till katoden på dioden D6, och -en strömbrytare (S) kopplad mellan förbindelselinjen till dioderna i nàgot av diodparen i fullvágslikriktaren och förbindelselinjen till kondensatorerna (Cl, C2).

2. Elektrisk krets enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mellan den negativa sidan (ll) på fullvågslikriktaren och katoden pá den sjätte dioden (D6) finns anordnad en spole (L2). 510 see

3. Elektrisk krets enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att spolen (Ll) och spolen (L2) är anordnad på samma kärna.

4. Elektrisk krets enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att medlet för switchning (T1) kan vara en transistor eller en komponent med likartad karaktär.

5. Elektrisk krets enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att ett styrdon är kopplad till transistorns (Tl) gate och SOUICE .