PL227572B1 - Sposób i układ zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego transformatora elektronicznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego transformatora elektronicznego.

Znane i stosowane są powszechnie transformatory elektroniczne działające na zasadzie przetwornicy napięcia sieci na zmienne napięcie o podwyższonej częstotliwości służące do zasilania niskonapięciowych lamp halogenowych o napięciu zasilania około 12 V. Transformatory elektroniczne zapewniają łagodne włączanie napięcia oraz mają zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowe (fig. 3), w których wykorzystywana jest amplituda zmian napięcia w punkcie połączenia Y kondensatorów C3 i C4 w układzie półmostka. Zwiększenie obciążenia na wyjściu WY transformatora elektronicznego powoduje zwiększanie amplitudy zmian napięcia w punkcie Y połączenia kondensatorów półmostka C3 i C4. Napięcie to, poprzez kondensator szeregowy C5, jest podane na dzielnik rezystancyjny R1 i R2, gdzie zostaje ograniczone do poziomu kilku woltów. Z wyjścia X dzielnika, poprzez diodę szeregową D6 ładowany jest kondensator zabezpieczenia C6, na którym napięcie jest proporcjonalne do amplitudy zmian w punkcie połączenia Y kondensatorów C3, C4 i C6 w układzie półmostka. Napięcie na kondensatorze C6 poprzez dzielnik R10, R11 i układ filtra C17 podłączone jest do bramki tranzystora zabezpieczenia T4, który zwiera do masy prąd ładowania kondensatora C16 w układzie zapłonowym transformatora składającego się z kondensatora C16, diaka D10 i termistora RT1, co powoduje, że nie dochodzi do uruchomienia tranzystorów kluczujących T1 i T2 w kolejnym okresie napięcia zasilającego do czasu zmniejszenia się napięcia na kondensatorze zabezpieczenia C16 i wyłączenia tranzystora zabezpieczenia T4. Ponadto, układy wyposażone są w funkcję próbkowania wyjścia w momencie zadziałania zabezpieczenia przeciążeniowego lub zwarciowego.

Znany jest z opisu patentowego nr US 5 828 188 A układ zabezpieczenia przeciążeniowozwarciowego przekształtnika półmostkowego AC/AC, w którym szeregowo z jedną z diod półmostka połączony jest układ rezystorów. W przypadku przeciążenia prąd przepływający przez diodę powoduje ich grzanie. Z kolei rezystory są sprzężone termicznie z termistorem o ujemnym współczynniku temperaturowym. Nagrzane w wyniku przeciążenia rezystory zmniejszają rezystancję termistora powodując jednocześnie rozładowanie połączonego z nim równolegle kondensatora. Napięcie na kondensatorze steruje załączaniem diaka w układzie wyzwalania. Rozładowanie kondensatora powoduje wyłączenie układu wyzwalania i po przekroczeniu przez napięcie przekształtnika zera nie dochodzi do ponownego wygenerowania tego napięcia. Jedne wyprowadzenia rezystorów i jedno wyprowadzenie termistora umieszczone są na tym samym punkcie lutowniczym, a rezystory i termistor usytuowane są blisko siebie, tworząc mostek cieplny. Układ posiada możliwość cyklicznego ponownego załączania z określoną zwłoką czasową po wystąpieniu zwarcia lub przeciążenia.

Sposób zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego transformatora elektronicznego charakteryzuje się tym, że sprzężenie termiczne występujące pomiędzy co najmniej jedną diodą układu półmostka a kolektorem tranzystora klucza tranzystorowego i co najmniej jednym termistorem bloku termicznego emituje przepływ ciepła z diody w kierunku termistora sterując wartością jego rezystancji proporcjonalnie do wartości prądu przepływającego przez półmostek oraz równocześnie emituje przepływ ciepła z diody w kierunku tranzystora klucza tranzystorowego utrzymując jego wyższą temperaturę w odniesieniu do temperatury tranzystora układu wyzwalania diaka, zmieniając ją proporcjonalnie do wartości prądu przepływającego przez półmostek. Ponadto. zwiększona wartość prądu półmostka przy obciążeniu przekraczającym dwukrotnie wartość mocy znamionowej lub przy zwarciu wyjścia transformatora powoduje pojawienie się ujemnego napięcia na rezystorach pomiarowych, które z kolei włącza tranzystor układu wyzwalania diaka zwierając i rozładowując kondensator, co skutkuje wyłączeniem transformatora i jego przejściem w tryb próbkowania.

Układ zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego zasilacza elektronicznego składa się z układu półmostka, na którym wzrost obciążenia na wyjściu transformatora powoduje zwiększony przepływ prądu i wystąpienie ujemnego napięcia na połączonych z układem półmostka rezystorach układu pomiarowego, które poprzez blok układu wyzwalania diaka i układ wyzwalania klucza tranzystorowego steruje pracą klucza tranzystorowego. Z kolei układ półmostka połączony jest równoległym sprzężeniem termicznym z kluczem tranzystorowym oraz z blokiem termicznym. Natomiast w układzie zabezpieczenia co najmniej jedna dioda układu półmostka, kolektor tranzystora klucza tranzystorowego oraz co najmniej jeden termistor bloku termicznego usytuowane są w tym samym punkcie lutowniczym obwodu drukowanego i usytuowane są blisko siebie tworząc poprzez mostek cieplny sprzężenia termicznego.

PL 226 572 B1

Sposób i układ zabezpieczenia według wynalazku ochroni tranzystory kluczujące oraz przed przekroczeniem dopuszczalnych parametrów pracy tych elementów, tj. przed przekroczeniem dopuszczalnego prądu maksymalnego i przekroczenia wydzielającej się na nich dopuszczalnej temperatury, powodującej ich trwałe uszkodzenie.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig.1 przedstawia schemat ideowy zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego transformatora elektronicznego, fig. 2 - schemat blokowy układu zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego.

Układ zabezpieczenia przeciążeniowego sterowania transformatora elektronicznego (fig. 2) składa się z układu półmostka 1 (D5, D6), na którym wzrost obciążenia na wyjściu WY transformatora TR2 powoduje zwiększony przepływ prądu Ipm w półmostku 1 i wystąpienie ujemnego napięcia na połączonych z układem półmostka 1 rezystorach pomiarowych 2 (R25 i R26), które poprzez blok układu wyzwalania diaka 3 (T7, T2) i układ wyzwalania klucza tranzystorowego 4 (D7) steruje pracą klucza tranzystorowego 5 (T4). Z kolei układ półmostka 1 (D5, D6) połączony jest równoległym sprzężeniem termicznym ST z kluczem tranzystorowym 6 (T1) oraz blokiem termicznym 7 (RT1), który steruje układem wyzwalania klucza tranzystorowego 4 (D7). Natomiast do klucza tranzystorowego 6 (T1) podłączony jest szeregowy układ RC 8 (R5, C6), a do klucza tranzystorowego 5 (T4) podłączony jest szeregowy układ RC 9 (R11, C9), które pełnią rolę sterowania napięciowego.

Sposób zabezpieczenia według wynalazku polega na tym, że gdy obciążenie osiągnie 200% wartości nominalnej lub gdy wyjście WY transformatora TR2 zostanie zwarte, zwiększony prąd Ipm płynący przez diody 05 i 06 półmostka 1 powoduje pojawienie się ujemnego napięcia na rezystorach R25 i R26 układu pomiarowego 2, które z kolei włącza tranzystor T7 układu wyzwalania diaka 3. Włączony tranzystor T7 zwiera i rozładowuje kondensator C10 powodując wyłączenie transformatora, ponieważ wtedy wartość napięcia jest zbyt niska, by wysterować układ wyzwalania klucza tranzystorowego 4 poprzez przełączenie diaka D7 się ze stanu blokowania do stanu przewodzenia. W tym stanie transformator TR2 przechodzi w tryb próbkowania wyjścia WY. Funkcja próbkowania wyjścia WY uruchamiana jest w momencie zadziałania zabezpieczenia przeciążeniowego lub zwarciowego i polega na załączaniu wyjścia WY na czas rzędu kilku ms w powtarzających się cyklach od 300 do 400 ms, gdzie transformator jest sprawdzany, czy stan zwarcia lub stan przeciążenia ustąpił, jeżeli nie ustąpił to wyjście WY jest nadal wyłączane. Z kolei, gdy obciążenie mocy wartości nominalnej transformatora TR2 osiągnie od 120% do 200% wartości mocy znamionowej, prąd Ipm płynący w półmostku 1 powoduje, że napięcie na rezystorach pomiarowych 2 jest niewystarczające do włączenia tranzystora zabezpieczającego T7 układu wyzwalania diaka 3. W tym czasie temperatura diody D5 oraz diody D6 półmostka 1 wzrasta na wskutek przepływającego przez nie zwiększonego prądu Ipm. Katoda diody D5 jest połączona elektrycznie poprzez punkt lutowniczy z kolektorem tranzystora T1 oraz termistorem RT1. Na płytce PCB wszystkie te elementy umieszczone są w małej odległości od siebie, co zapewnia sprzężenie termiczne ST diody D5 półmostka 1 z termistorem RT1 bloku termicznego 7. Przy wzroście temperatury diody D5 następuje podwyższenie temperatury termistora RT1. Wzrost temperatury termistora RT1 powoduje zwiększenie wartości jego rezystancji uzależnionej od wzrostu prądu Ipm, powodując włączenie tranzystorów T2 i T7 układu i rozładowanie kondensatora C10, to z kolei skutkuje przejściem w stan przewodzenia diaka D7 i wyłączenie transformatora TR2 i przejście transformatora w tryb próbkowania. Stan wyłączenia transformatora TR2 będzie utrzymywał się do momentu obniżenia się temperatury termistora RT1 i zmniejszenia jego rezystancji do wartości prądu Ipm przepływającego przez półmostek 1 uwarunkowanej parametrami pracy układu transformatora do poziomu umożliwiającego jego bezpieczną pracę. Wówczas następuje odblokowanie układu wyzwalania diaka D7 oraz tranzystora kluczującego T4. Przykładowo, gdy temperatura termistora RT1 osiągnie wartość około 110°C, to wówczas transformator TR2 przechodzi w stan próbkowania wyjścia WY. Przy odłączeniu WY transformatora elektronicznego temperatura termistora RT1 zaczyna się obniżać i jeżeli spadnie o około 2°C, to transformator zostaje załączony.

Claims (2)

1. Sposób zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego transformatora elektronicznego, znamienny tym, że sprzężenie termiczne (ST) występujące pomiędzy co najmniej jedną diodą układu półmostka (1) i kolektorem tranzystora (T1) klucza tranzystorowego (6), a co najmniej jednym termistorem (RT1) bloku termicznego (7) emituje przepływ ciepła z diody w kierunku

PL 227 572 B1 termistora (RT1) sterując wartością jego rezystancji proporcjonalnie do wartości prądu (Ipm) przepływającego przez półmostek (1) oraz równocześnie emituje przepływ ciepła z diody w kierunku tranzystora (T1) klucza tranzystorowego (6) utrzymując jego wyższą temperaturę w odniesieniu do temperatury tranzystora (T2) układu wyzwalania diaka (3), zmieniając ją proporcjonalnie do wartości prądu (Ipm), a wartość prądu półmostka (Ipm) przy obciążeniu przekraczającym dwukrotnie wartość mocy znamionowej lub przy zwarciu wyjścia (WY) transformatora (TR2) występuje pojawienie się ujemnego napięcia na rezystorach pomiarowych (2), które z kolei włącza tranzystor (T7) układu wyzwalania diaka (3) zwierając i rozładowując kondensator (C10), co skutkuje wyłączeniem transformatora i jego przejściem w tryb próbkowania.

2. Układ zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowego transformatora elektronicznego transformatora elektronicznego zawierający układ rezystorów pomiarowych oraz układ próbkujący, znamienny tym, że składa się z układu półmostka (1), na którym wzrost obciążenia na wyjściu (WY) transformatora (TR2) powoduje zwiększony przepływ prądu (Ipm) i wystąpienie ujemnego napięcia na połączonych z układem półmostka (1) rezystorach układu pomiarowego (2), które poprzez blok układu wyzwalania diaka (3) i układ wyzwalania klucza tranzystorowego (4) steruje pracą klucza tranzystorowego (5), z kolei układ półmostka (1) połączony jest równoległym sprzężeniem termicznym (ST) z kluczem tranzystorowym (6) oraz z blokiem termicznym (7), natomiast co najmniej jedna dioda układu półmostka (1), kolektora tranzystora klucza tranzystorowego (6) oraz co najmniej jeden termistor bloku termicznego (7) umieszczone są w tym samym punkcie lutowniczym obwodu drukowanego i usytuowane są blisko siebie tworząc mostek cieplny sprzężenia termicznego (ST).