IT jelű DC/DC kapcsolóüzemű tápegységcsalád

Átírás

1 IT jelű DC/DC kapcsolóüzemű tápegységcsalád BALOGH DEZSŐ BHG BEVEZETÉS A BHG Híradástechnka Vállalat kutató és fejlesztő által kdolgozott napjankban gyártásban levő tárolt programvezérlésű elektronkus alközpontokkal (EP) kapcsolatban már több smertető és publkácó s napvlágot látott. Az eddgek során megjelent írások azonban nem tértek k részletesen a központok egyk lényeges egységcsoportjára, a szekunder feszültségátalakítókra, melyek a központok elektronkus áramkörenek közvetlen tápfeszültségellátó berendezése. Ezek az egységek nem tartoznak ugyan a telefonos szolgáltatásokat megvalósító áramkör egységek közé, de a rendszer kfogástalan működésének alapvető meghatározó. A tranzsztor felfedezése (Bell Laboratórum, J. Bardeen, W. Bratan, W. Shockley) döntő fordulatot jelentett az elektronka alkatrész és berendezés gyártó parban. Az elektronkus technka kbővülésével növekedtek az áramellátással szemben támasztott követelmények s. A legksebb méretek, a legksebb veszteségek, valamnt az összetett szabályozás karaktersztkák új készülékeket és alkatrészkoncepcókat követelnek. Példa erre a kapcsolóüzemű tápegységek széles körű felhasználása. Az áramellátás technkának a jövőben továbbfejlődése lényegében a teljesítményfélvezető-technka fejlődésétől függ. Tekntve, hogy e technka állandó fejlődésben van, számoln lehet az áramellátó területén jelentkező újabb eredményekkel. Az elektronkus tárolt programvezérlésű telefonközpontok fejlesztése kapcsán kapcsolóüzemű feszültségátalakítók fejlesztése s folyt a BHG-ban. A munka egyk eredményeként jött létre az IT jelű DC/DC feszültségátalakító család, amely az eddg gényeknek megfelelően tagot számlál. A továbbakban ezen egységek fejlesztés célktűzése és azokat megvalósító áramkörök általános smertetésére kerül sor. ÁLTALÁNOS CÉLKITŰZÉSEK A fejlesztés feladatok ktűzésekor számos gondolat fogalmazódott meg, fgyelembe véve a nemzetköz és posta előírásokat, az alkalmazás és felhasználó gényeket s. Ezek közül a fontosabbak a következőek voltak : Konstrukcóban: azonos felépítés, dugaszolható kvtel, mechankusan kódolt csatlakozás, modulárs felépítés, bztosíték, kapcsoló, vzuáls jelzések és mérés pontok az előlapon, és a központ konstrukcós gényenek megfelelő méretek. Elv, elektromos jellemzők: kapcsolóüzemű forward elrendezés, egy vagy két egymástól független kmenet, melyek egymástól és a bemenettől s galvankusan szétválasztottak, maxmáls terhelhetősége 60 W, a kmenetek terhelhetőség aránya N í / /N ü 2 =0, a szabályozás pontossága jobb mnt %, működés tartomány (U Tn ±zlu) a központok gényenek megfelelően (Ü r = névleges bemenő feszültség), csatlakozó védelem bedugaszoláskor, bemenet túlfeszültség-védelem, bemenet ndulóáramkorlát, bemenet alacsonyfeszültség-védelem, működés közben ember fül számára hallható hang nem keletkezk, bármely kmenet feszültség megszűnése esetén a másk kmenet feszültség s megszűnk, vzuáls és elektromos alarmjelzések, távkapcsolhatóság, soros automatkus bekapcsolás, automatkus kmenet zárlatvédelem, kmenet feszültségvédelem, külső pontról távszabályozható, beállítható túláramvédelem Uj-en, megszakítás nélkül terhelőáram-mérés U^-en, előlapról mérhető U v értéke a kmenet csatlakozón, és a főbb egységek önállóan beállíthatók és vzsgálhatók. Környezetre gyakorolt hatása: megfelel a KPMSZ P szabvány előírásanak (rádófrekvencás zavar). Megengedett környezet hőmérséklet: 5 C-tól + 60 C-g. Egyebekben a KGST POTÁB előírása a mérvadóak.

2 HTnAAeo'hníl-n VWTV nfnhmm QRZ f sfam AZ IT CSALÁD TAGJAI A felmerült gények alapján a következő típusok kerültek kdolgozásra: IT5 IT5/5 IT5/28,5 IT6/2 IT9 IT2 IT2/2 IT5 IT24 IT24/2 IT24/28,5 Az IT betűjel után számok az U l s ll. kmenet feszültség értékét jelölk. Hh' OVER LOAD QLOAD (gí AZ IT CSALÁD TAGJAINAK KONSTRUKCIÓS JELLEMZŐI Az IT család tagja 4E magasságú kártyarekeszbe lleszthető, perforált vaslemezből és alugrafka előlapból álló rack rendszerű zárt fémdobozba épített egységek. Befoglaló méretek: 235x50x67 mm Tömegük: 28 N Egy 9"-os kártyarekeszben 6 db egység helyezhető el. Hátlapján 2 db 8 pontos késes csatlakozóval csatlakozk a kártyarekeszhez. Előlapján szerelt fül tesz lehetővé khúzását. A vaslemezből hajlított hátlap és a vaslemezből és alugrafka lemezből álló előlap hordozza a nyák lemezeket és egyéb alkatrészeket. A hátlapra csavarokkal van rögzítve a két 8 pontos csatlakozó, egy mkrokapcsoló és az \J feszültségkmenet egyenrányító dódának és a végfokozat teljesítménykapcsoló tranzsztorának hűtőbordája. A palást csavarokkal rögzíthető az előlaphoz. Egy teljes képítésű egység 5 db kétoldalasán furatfémezett nyák lemezt tartalmaz (OP, CS, JN2, OV, LS). Az egyes funkconáls egységek külön dugaszolható nyák lemezen helyezkednek el. A csatlakoztatás mechankus kódeleme a 2 db 8 pontos dugaszra szerelt négy csap. Ez bztosítja, hogy mnden típus csak a saját helyére dugaszolható. Az üzem közben gyors csere alkalmával megakadályozza, hogy nem megfelelő kmenettel rendelkező egység legyen bedugaszolva. Az előlapon szerelt elemek a következők: a bemenet túláramvédelem olvadó bztosítéka, az energaátvtel k-, bekapcsolója, a csatlakozón levő U l 5 feszültségek mérésére szolgáló banánhüvelyek, a megszakítás nélkül (U^ terhelőáram mérésére szolgáló banánhüvelyek, a túlterhelést, az U, kmenet feszültségek jelenlétét és az L^ kmeneten terhelést jelző LED-ek és az V kmenet feszültség áramkorlát-beállítása, valamnt a névleges \J kmenet feszültség ±0%-os változtatására szolgáló potencométerek.. ábra. IT tápegység sematkus képe IS x E: \ IB Az egység sematkus képe az. ábrán látható. Az egység hátulnézet sematkus rajza a 2. ábrán látható. 2. ábra. IT tápegység sematkus hátulnézet képe

3 267 Az X, Y csatlakozók pontja az alábbak szernt vannak bekötve: Xal 48 V Xbl -48 V bemenet feszültség pontok Xa2 -U2 Xb2 + U2 kmenet feszültség pontok Xa3,4 + U Xb3,4 X -u x Uj^ kmenet feszültség pontok Yal - szab. Ya2 + szab. Uj^ külső szabályozó pontok Ybl AL Yb2 AL U + elektromos alarmjelzések pontja Ya3 LB bejövő ndítás ndítójel csatlakozás pontja (48 V földpont) Yb3 LK kmenő ndítás ndítójel csatlakozás pontja (48 V földpont) Ya4 házföldelés pont Yb4 TAL terhelés alarmjelzés pontja (48 V földpont) A 2. ábrán jelölt MK a bemenet feszültség mkrokapcsolója, amely bedugaszoláskor automatkusan kapcsol. ELVI, ELEKTROMOS JELLEMZŐK Az elv struktúrát és a működés funkconáls részáramköret a 3. ábrán látható blokkdagram tartalmazza. A 3. ábra jelölésenek értelmezése: MK SZÍ SET E3 E4 ST2 SZ5 SZ6 SZE ET AV BE KF V K SZ El E2 SZ2 ST RS TM TV TAK MA ZV KO TV2 SZ3 SZ4 TF AL bemenet mkrokapcsoló bemenet szűrő segédfeszültség teljesítmény végfok egyenrányító áramkör egyenrányító áramkör analóg stablzátor szűrőáramkör szűrőáramkör vsszacsatolás energatároló áramkorlátozó bekapcsoló egység teljesítmény végfok vezérlőáramkör kapcsoló feszültségszabályozó áramkör egyenrányító áramkör egyenrányító áramkör szűrő stablzátor söntellenállás terhelésmérő U túlfeszültségvédő áramkör terhelő áramot korlátozó áramkör memóra áramkör zárlatvédő áramkör újrandító áramkör túlfeszültségvédő áramkör kmenet szűrő kmenet szűrő terhelés-fgyelő áramkör alarmáramkör 3. ábra. IT tápegység blokkvázlata B 283-3J

4 9Rít TH» AA<,»hr,j-n W V TV ónfnhnm QJtü ft evím A részáramkörök szerepét, feladatát, valamnt a célktűzések megvalósítását a tömb vázlat alapján tekntjük át. BEMENETI MIKROKAPCSOLÓ (MK) Az egység helyére való bedugaszolásakor a csatlakozók érntkezésének első pllanatában a mkrokapcsoló nytott, a bemenet prmer feszültség ezáltal nem jut be a belső áramkörökbe. Nncs áramfelvétel, így szkrázások sem keletkezhetnek a csatlakozó pontokon. Továbbdugaszoláskor amkor az érntkezés már megfelelő automatkusan zár a mkrokapcsoló és ekkor kapnak feszültséget a belső áramkörök. Khúzáskor a folyamat ellentétes rányú. Ilyen módon a mkrokapcsoló bztosítja a csatlakozó védelmét a feszültség alatt levő rendszerekben az IT egységek k- és bedugaszolásakor. BEMENETI SZŰRŐ (SZÍ) A nagyfrekvencás szűrő megakadályozza, hogy a működés során keletkező belső zavarjelek kjussanak a prmer táprendszerre és ott rádófrekvencás zavarokat okozzanak. SEGÉDFESZÜLTSÉG ÁRAMKÖREI A belső vezérlő, fgyelő és szabályozó áramkörök számára szükséges tápfeszültséget egy ks teljesítményű, két kmenetű, DC/DC szabályozott feszültségátalakító bztosítja. Segédfeszültségek: 5 V DC a bemenet prmer feszültséghez képest, valamnt +2 V DC a kmenet U^hez képest, amelyk galvankusan zolált a bemenet prmer feszültségtől. A segédfeszültség áramkör részáramköre: G, SET, E3, E4, ST2, SZ5, SZ6, SZE. A kapcsolójel alaposzcllátora (G), relaxácós oszcllátor, amely két kmenettel rendelkezk: segédfeszültség teljesítményfokozatának vezérlésére (SET) és a vezérlőáramkör működtetésére. A G áramkör frekvencája 30 khz. A SET bemenet áramköre a G tűmpulzusaból a SET kapcsoló tranzsztora számára szükséges négyszögmpulzusokat állítják elő. A SET kmenetén levő egyenrányító (E4) és a vele sorbakapcsolt SZ5 szűrő (egyben puffer) áramkör állítja elő a 5 V segédfeszültséget. Az SZ5 kmenetéről vsszacsatolás van (SZE) a SET kapcsolótranzsztoranak bemenetére, am által a -5 V stabltása megfelelően bztosított. Működés közben a 5 V segédfeszültség terhelése változk 30 és 00 ma között. A megfelelően méretezett SET másodk segédfeszültség kmenete elegendő teljesítményt bztosít az E3 egyenrányító, ST2 analóg stablzátor és SZ6 szűrő és puffer számára, hogy a 2 V segédfeszültség a működés mnden helyzetében stabl maradjon. A segédfeszültség áramkör az egység működését bztosító bemenet feszültséghez képest jelentős tartalékkal rendelkezk, am azt jelent, hogy U b e = U b e év.-0,8 esetén s megfelelőek a segédfeszültségek értéke. Az ST2 analóg stablzátor vesztesége a bemenet feszültség növekedésével nő ugyan, de ez nem jelentős a ks terhelés matt. ENERGIATÁROLÓ (ET) Az energatároló egy nagy kapactású kondenzátor. Szerepe kettős. Egyrészt a kmeneten levő puffer kondenzátorokkal együtt bztosítja, hogy a bemenet megszakítása után még 50 W terhelés esetén s legalább 0 ms-g nem csökken az \J kmenő feszültség értéke, másrészt zajcsökkentő hatása van a prmer tápfeszültség felé. ÁRAMKORLÁTOZÓ (AV) A prmer feszültség bekapcsolásakor az nduló áram az IT jelenléte ellenére alacsony marad, mert az AV korlátozza az nduló áramot és tltja a vezérlőjelet. Az AV naktív állapotában nncs energaátvtel á.kmenetekre. Bekapcsolás után az aktív állapotot a bekapcsoló egység (BE) hozza létre. Az AV aktválásakor fémesen rövdre záródk a korlátozó ellenállás, megszűnk a vezérlőjel tltása és softstarttal ndul az energa átvtel. BEKAPCSOLÓ EGYSÉG (BE) A BE fgyel az ET feszültséget és csak egy meghatározott érték elérése után aktválja AV-t. AV feszültségének csökkenése esetén,8 2,4 V-tal a bekapcsolás érték alatt BE AV-t újra naktív állapotba hozza. Ezzel valósul meg az alacsonyfeszültség-védelem, amely prmer oldal puffer üzem esetén az alkalmazott akkumulátorokat véd a mélyksütéstől. Az AV aktválásának csak egyk feltétele ET feszültségének meghatározott szntű jelenléte, tovább feltétel még a külső ndítójel megléte. BE fgyel az kmenő feszültséget és ennek megjelenése esetén kmenő ndító jelet generál, amvel más azonos egység ndítható. Az ndítójel a prmer feszültség poztív pontja. A BE áramkör k- lletve bemenet ndítópontjan keresztül valósítható meg az IT egységek sorrend, lletve lánckapcsolása. TELJESÍTMÉNYVÉGFOK (KF) A teljesítmény végfok kapcsoló tranzsztorokból és a kollektorkörükben levő transzformátorból áll, smert forward kapcsolás elrendezésnek megfelelően. Két kmenetén az U v lletve feszültségek előállításához szükséges feszültségmpulzusok jelennek meg. A KF működtetését végző kapcsolójelek nagy meredekségűek és bztosítják a végfokozat lezárását s. A KF-en 5 C + 60 C hőmérséklet-tartományban 60 W hasznos teljesítménynek megfelelő energa vhető át. A kapcsoló tranzsztorok gyors működése bztosítja a ks veszteségű energa átvtelt. A kmenetnek

5 megfelelő szélesség-modulált kapcsolójelet a vezérlő áramkör állítja elő G oszcllátor 30 khz-es tűmpulzusaból. VEZÉRLŐÁRAMKÖR (V) A vezérlőáramkör a 30 khz-es kapcsolójelet állítja elő a KF számára G tűmpulzusaból. Alapvetően egy monostabl multvbrátor, melynek dőzítő körén keresztül SZA szabályozó áramkör U kmenő feszültség stabltásának megfelelően az mpulzus szélességet változtatja 0 45% ktöltés között. A vezérlőjel tltható: AV, SZA, MA áramkörökből, valamnt a K kapcsolóval. MA felöl bemenete optocsatolóval galvankusan leválasztott. MA, K, AV felöl vezérlőjel tltás után ndítás softstarttal történk. ( 5V) segédfeszültség megszűnése esetén, valamnt (+2 V) segédfeszültség +8 V-ra való csökkenésekor s megszűnk a vezérlőjel. Ez a belső védelem. KAPCSOLÓ (K) Az előlapon szerelt kapcsoló szerepe: az energa átvtel tltása, lletve engedélyezése a vezérlőjel tltása, lletve engedélyezése által. Nem szakítja meg a bemenő prmer feszültséget, ezáltal vzsgálat és szervzelés esetén a belső áramkörök működése ellenőrzhető. STABILIZÁTOR (ST) Analóg ntegrált stablzátor, szűréssel és puffer kondenzátorokkal. Kmenetén nagyfrekvencásán szüreten feszültség jelenk meg. A beépített potencométerrel értéke változtatható. A stablzátor IC túláram és túlmelegedés ellen védelemmel rendelkezk. Túláram esetén áramgenerátorként vselkedk, am a felhasználás területek nem mndegykén felel meg. Ha ugyans a túlterhelés valamely olyan elem meghbásodása matt következett be, amely a tovább áramhatására tűzveszélyessé válk (pl. tantál kondenzátor), akkor ez potencáls veszély az egész rendszer számára. Ezért az IT-kben a zárlat és túláramvédelemre más módszert kellett kdolgozn. SÖNTELLENÁLLÁS (RS) RS ellenállás értéke körülbelül 0 mohm. U terhelő árama RS-n átfolyva, a megszakítás nélkül terhelésmérés, a túláramvédelem és a terhelésjelzés áramköre számára feszültségesést hoz létre RS-n. TERHELÉSMÉRŐ (TM) Az RS-en eső feszültségből a terhelőáram értékével arányos feszültséget állít elő. 0 mv megfelel A terhelésnek. Ez az előlapról mérhető 20 kohm/v-os műszerrel. FESZÜLTSÉGSZABÁLYOZÓ ÁRAMKÖR (SZA) kmenőfészültség értékét fgyel és stabltásnak megfelelően szabályozza V áramkörben a vezérlőjel szélességét.. Az előlapról elérhető potencométerrel értéke a névleges érték +0% között állítható. SZA bemenete külső pontról szabályoz. A tápvezetékezés vesztesége kküszöbölhető, ha a szabályozás a terhelés kapcsaról történk. A kmenet tápvezeték rendszeren eső feszültség azonban nem lehet több mnt U 25%-a, mert ekkor a kmenet túlfeszültségvédő áramköre működésbe lép. EGYENIRÁNYÍTÓ (EL) Gyorskapcsoló teljesítmény dódákat tartalmaz. KF kmenet jeleből U előállításához szükséges DC jelet állítja elő a tovább áramkörök számára. EGYENIRÁNYÍTÓ (E2) Gyorskapcsoló dódákat tartalmaz. KF kmenet jeleből előállításához szükséges DC jelet állítja elő a tovább áramkörök számára. \J TÚLFESZÜLTSÉGVÉDŐ ÁRAMKÖR (TV) kmenőfeszültség meghatározott érték fölé növekedése esetén egy trsztor begyújtása révén rövdre záródk a kmenet. Ha a túlfeszültség belső szabályozás hba következtében jelentkezett, az így létrehozott túláram működtet a túláramvédő áramkört és az energaátvtel megszűnk. Ezáltal véd a táplált áramkört s. Ha a magasabb feszültség külső eredetű, a vezérlés automatkusan leáll, a trsztor védelm szerepét az előbbvel azonos módon látja el. TERHELŐ ÁRAMOT ÁRAMKÖR (TAK) KORLÁTOZÓ A TAK féladata az RS-n átfolyó áram fgyelése és a memóra áramkör (MA) felé való jelzés a vezérlés tltására, ha a terhelő áram az előre beállított értéknél magasabb. Az előlapról potencométerrel az U a kmenet megengedett maxmáls terhelőáram értéke 5 00 W között kmenő teljesítménynek megfelelő értékűre állítható. 60 W-nál magasabb érték beállításának dnamkus, rövd dejű terhelése esetén van értelme. Túláram esetén az energaátvtel teljesen megszűnk. SZŰRŐ (SZ2) El kmenetén megjelenő feszültség szűrését és pufferelését végz. Kmenetén nagyfrekvencásán szűreten U jelenk meg. MEMÓRIA ÁRAMKÖR (MA) A TAK, valamnt a ZV zárlatvédő (U2) áramkör hatására MA tltja a V-n keresztül a vezérlőjelet. MA bemenete optocsatolóval galvankusan szét vannak Híradástechnka XXXIV. évfolyam szám 269

6 ,... t 50( )mv - 0 A JS!" 3 \ t «H l " '!. \ «H... - B á. ábra. G relaxácós oszcllátor tűmpulzusa 0uS \ V ' \ \ \ V V V,, \ \ 20 \l 4-, : B ábra. SET ák. kapcsoló tranzsztoranak kollektoroldal jele \ 0A Í S r \ / l! í j \! f B ábra. V vezérlőáramkör szélességmodulált belső jelalakja 0/-S... t t- L / r l '",50 mv * B ábra. ST2 ák. bemenetén levő jelalak V y! mm x 0 u 5 m m * / J 5 l l -. : l ' : u X. t j -, T f - «- m I T 270 SOOmV B ábra. SET ák. belső kapcsolójele 50r nv B ábra. Sz5 ák. bemenetén levő jel Híradástechnka XXXIV. évfolyam szám

7 n S 5/JS >» S -. ' mm 20C )mv B ábra. MA ák. zárlatvédelem koldó jele 20V ' B ábra. KF ák. kapcsoló tranzsztoranak kollektoroldal jele (U-en terhelés: 0 ma) 2n S. 5^ s j r - Í. -' p-... TT r '.... V :!! T. I T :!' 50r nv B ábra. MA ák. tltást felszabadító jele 20 \ / B ábra. KF ák. kapcsoló tranzsztoranak kollektorpontjan levő jelalak. (U terhelése: 50 W) 0; J S 0 J ]- J F = -W H - Í :: * ; : * 2. ábra. KF ák. bemenetén levő jel B B ábra El ák. soros dódáján levő jelalak Híradástechnka XXXIV. évfolyam szám 27

8 : t nr. JS, IM választva a ZV és TAK áramköröktől. ZW és TAK jelzése MA-ban tárolódk, az előlapon vzuáls jelzés jelenk meg. Az automatkus újrandítás KO relaxácós oszcllátor tűmpulzusanak hatására történk 6 másodpercenként, amkor törlődnek MA-ban ZV, lletve TAK jelzése. Újrandítás softstarttal történk, amennyben a túlterhelés továbbra s fennáll, akkor a tltás újra bekövetkezk. Mvel MA a TAK és ZV jelere egyaránt tlt, ezért bármely kmenet zárlata esetén mndkét kmeneten megszűnk a feszültség.,.0 V f I '. \ B ábra El ák. párhuzamos dódáján levő jelalak ZÁRLATVÉDŐ ÁRAMKÖR (ZV) ZV az ST kmenetén levő értékét mér, amennyben ez meghatározott érték alá csökken túláram esetén ST áramgenerátorként vselkedk jelzést küld MA-nak a vezérlés tltására. ÜJRAINDÍTÖ ÁRAMKÖR (KO) - : ''- ': :-r - ~~H :! ±: ~~H un: -hl.,, : ( s 6 másodpercenként tűmpulzusokat generáló relaxácós oszcllátor. Impulzusa MA-ban a vezérlőjel tltását tároló elemet állítják alaphelyzetbe, am a tltás megszüntetését jelent. TÜLFESZÜLTSÉGVÉDŐ ÁRAMKÖR (TV2) Zenerdódás védelem. Bztosítja, hogy értéke megengedett érték fölé ne nőhessen. 50 TlV B 2 83^7 7. ábra U kmenet hullámossága It=0,8 Itmax terhelő áram esetén L\ KIMENETI SZŰRŐ (SZ3) U kmenet nagyfrekvencás szűrője. KIMENETI SZŰRŐ (SZ4) kmenet nagyfrekvencás szűrője. TERHELÉS FIGYELŐ ÁRAMKÖR (TF) - t :50 TlV : : : : :- - 0 MS' ábra U kmenet hullámossága It=0,4 Itmax terhelő áram esetén TJ kmenet terhelő áramát fgyel. Amkor a terhelés a 2 3 W-ot elér, az előlapon vzuáls, az AL áramkör felé elektromos jelzés generálását ndítja. Segítségével távol ponton s fgyelhető a terhelés jelenléte, lletve leszakadása. ALARM ÁRAMKÖR (AL) Feladata a vzuáls és elektromos alarmjelzések előállítása.. Alarmjelzések: U feszültség megszűnt feszültség megszűnt U terhelés megszűnt túlterhelés A működés szempontjából lényeges néhány jelalak a ábrákon látható. 272 Híradástechnka XXXIV. évfolyam szám