!HU00000733T! (9 HU ( ajstromszám: E 007 33 (3 T MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABAAOM SZÖEGÉNEK FORÍTÁSA ( Magyar ügyszám: E 06 756087 ( A bejeletés apja: 006. 06. 08. (96 Az európai bejeletés bejeletési száma: EP 0060756087 (97 Az európai bejeletés közzétételi adatai: EP 89489 A 006.. 4. (97 Az európai szabadalom megadásáak meghirdetési adatai: EP 89489 B 009.. 04. (5 It. Cl.: H0M 3/58 (006.0 (87 A emzetközi közzétételi adatok: WO 063896 PCT/IB 06/0587 (30 Elsõbbségi adatok: TO0040 005. 06. 0. IT (7 Feltaláló: AIMENTI, Alessadro, I-00040 Pomezia (Roma (IT (73 Jogosult: Selex Commuiatios S.P.A., 65 Geova (IT (74 Képviselõ: dr. Haragozó Gábor, ANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (54 Magas hatásfokú teljesítméyátalakító, valamit ilyet haszáló modulátor és adóegység HU 007 33 T A leírás terjedelme 4 oldal (eze belül 4 lap ábra Az európai szabadalom elle, megadásáak az Európai Szabadalmi Közlöybe való meghirdetésétõl számított kile hóapo belül, felszólalást lehet beyújtai az Európai Szabadalmi Hivatalál. (Európai Szabadalmi Egyezméy 99. ikk ( A fordítást a szabadalmas az 995. évi XXXIII. törvéy 84/H. -a szerit yújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal em vizsgálta.
HU 007 33 T A találmáy tárgya az. igéypot tárgyi körébe ismertetett teljesítméyátalakító. Ilye kovertert haszálak tipikusa a rádióadók amplitúdómodulátoraiba, és a találmáy ezért amplitúdómodulátorra és rádiós adóegységre is voatkozik. Egy ilye átalakítókat általába például akkor haszálak, ha szükségessé válik aalóg vagy digitális jellel vezérelt teljesítméy hatékoy módo törtéõ beállítása vagy kovertálása. Egy tetszõleges típusú moduláió (aalóg és/vagy digitális végrehajtására alkalmas rádióadó elõállításához a tipikus megközelítés egy olya alasoy I¹Q szitû (ortogoális modulátor haszálata, melyet A osztályú rádiófrekveiás erõsítõk követek. Ily módo agy hatásfok em érhetõ el, valójába az ilye megoldás hatásfoka tipikusa kisebb, mit %. Ez a probléma megoldható többpólusú modulátorral (burkológörbe eltütetése és elõállítása, Evelope Elimiatio ad Restoratio, ami vázlatosa az. ábrá látható. Az ilye modulátor a bemeeté egy SM moduláló jelet fogad, a moduláló jel A(t amplitúdóját és a moduláló jel (t fázisát felhasítja, például egy SP proesszor alkalmazásával, és a kimeeté amplitúdómodulált RF rádiófrekveiás jelet szolgáltat, vagyis X(t=A(t.os[ 0 t+(t]; ahol az. ábrá látható többpólusú modulátor az alábbi fukiókat hajtja végre: fázismoduláió, melyet az SYNT szitetizátor hajt végre, az SYNT szitetizátor által elõállított jel erõsítése valamely telített osztályba (AB, B, C,, E vagy F osztályba mûködõ rádiófrekveiás AMP teljesítméyerõsítõk láolatáak felhaszálásával agy hatásfok elérése éljából a rádiófrekveiás tartomáyba, burkológörbe vagyis az amplitúdó moduláiója, melyet egy CP teljesítméyátalakító végez a végsõ rádiófrekveiás erõsítõfokozatba a tápfeszültség változtatásával. A burkológörbe-modulátor az adó által elyelt szite teljes teljesítméyt felhaszálja; ezért fotos, hogy aak hatékoysága redkívül magas legye. Továbbá, a burkológörbe-modulátorak a végsõ erõsítõfokozatba változó feszültséget kell biztosítaia, amelyek diamikus tartomáyát az A(t moduláló jellel állítják be. Az amplitúdómoduláióak az erõsítõ végfokozatába a tápfeszültség változtatásával törtéõ végrehajtása már legalább 70 éve ismert, ezt gyakra aódmoduláióak evezik, és egy moduláló traszformátor felhaszálásával hajtják végre (lásd például Radio Egieers Hadbook, MGraw Hill, 943. Az amplitúdómodulátorak egy lefelé traszformáló impulzusszélesség-moduláló szabályozóval, vagyis egy PWM szabályozóval törtéõ megvalósításáak lehetõségét és ezáltal a moduláló traszformátor elhagyásáak lehetõségét az 960¹as évek végé ismertették elõször. Ma már ez jól ismert mid a tudomáyos irodalomból (lásd például Polar Modulatio-Based RF Power Amplifier with Ehaed Evelope Poressig Tehique, J. K. Jau, F. Y. Ha, M. C. u, T. 5 0 5 0 5 30 40 45 55 60 S. Horg, T. C. i, 34. Europea Mirowave Coferee, Amszterdam, 004., mid a szabadalmi irodalomból (lásd például US 3,43,570, US 3,6,90, US 3,588,744, US 4,896,37. Az említett irodalomba javasolt megoldás általába midig a lefelé traszformáló szabályozó alkalmazása, amely egy AB, B, C,, E, F vagy más (telített osztályokba mûködõ rádiófrekveiás teljesítméyerõsítõt aak tápfeszültsége változtatásával hajt meg. Egy további fejlesztést javasolt 999-be az US 6,636, számú szabadalom, amelybe a lefelé traszformáló PWM szabályozóval kaszkádosítva egy olya lieáris szabályozót helyeztek el, amelyek kettõs fukiója va: a egyrészt a jel gyorsabb diamikus jellemzõiek követése, ezáltal a PWM szabályozók természetébõl adódó és a jele leírásba késõbb ismertetésre kerülõ problémák kompezálása, b másrészt a PWM szabályozóba végrehajtott kapsolás által elõidézett zaj sökketése, amely zaj redszerit hibás kompoeseket idéz elõ a továbbított jelbe (lásd például US 6,636, sz. irat, 8. oszlop, 34 39. sorok. Egy ilye lieáris szabályozó a redszer egészéek hatásfokát lesökketi, mivel természetéél fogva disszipálja a PWM szabályozó által biztosított eergia egy részét (lásd US 6,636, sz. irat, 9. oszlop 7 3. sorok. Az US 6,636, sz. iratba (lásd 8. oszlop 4. sorok feltételezik, hogy a végfok által megvalósított elleállás aak tápbemeté álladó. A találmáyal általáos éluk a tehika állásából megismert hátráyok kiküszöbölése vagy sökketése. A kitûzött élt olya teljesítméyátalakító megvalósításával érjük el, melyek jellemzõit a mellékelt igéypotok ismertetik, melyek a szabadalmi leírás szerves részét képezik. A jele találmáy azo a felismerése alapul, hogy egy megfelelõ áramkörrel a kimeete felhalmozott többleteergia visszayerhetõ, és visszajuttatható a bemeetre. A jele találmáy egyik további iovatív jellemzõjekét értékelhetõ az US 6,636, sz. szabadalom 8. oszlopáak 4. sorába ismertetettek megfotolása, ahol azt feltételezik, hogy a végfok által a tápbemeete mérhetõ elleállás kostas. Ez sak abba az esetbe áll fe, ha tökéletese illesztett terhelések vaak jele és a fet említett szabadalomba alapvetõ fotosságú a végfokra kapsolt feszültség mide egyéb téyezõtõl függetleül törtéõ sikeres kiszámítása a kívát áramerõsség elérése éljából. A jele találmáyba javasolt megoldásál is ilye megszorítás; a szabályozási eljárás lehetõvé teszi a megvalósítadó mukaiklus (periódusokét törtéõ kiszámítását (a végfokál alkalmazadó feszültség elõállítása éljából még olya teljesítméyerõsítõ eseté is, amelyek a tápbemeeté mérhetõ elleállás változó. Ily módo a teljesítméyerõsítõ ohmos elleállása (iklusokét mérhetõ és ez az érték (vagy aak átlaga felhaszálható a következõ iklusba.
HU 007 33 T 5 0 5 0 5 30 40 45 55 60 A jele találmáy révé (az eredeti szabályozási eljárást is felhaszálva agymértékbe illesztetle vagy változó terhelések is alkalmazhatók. A találmáyt a továbbiakba a mellékelt rajz segítségével ismertetjük részletese, azoba a rajzok sak példakét szolgálak és em korlátozó értelmû példák. A rajzo: az. ábra egy amplitúdómoduláiót végzõ adóegység blokkvázlata; a. ábra a találmáy szeriti átalakító egy elsõ példakéti kiviteli alakjáak egyszerûsített kapsolási rajza; a 3A. ábra az I Q síkba ábrázolt fazor egy lehetséges útvoalát szemlélteti; a 3B. ábra azt mutatja, hogy a 3A. ábrá látható fazor amplitúdója hogya változik idõbe és az átalakító megfelelõ kimeeti feszültségéek függvéyébe; a 4. ábra azt mutatja, hogy a [3] képlet alapjá hogya változik az I áram, továbbá hogy mikét változik a feszültség azo második feltétel alapjá, amelyek értelmébe a jele találmáy aalitikus modellje a [4] képlete alapul és azzal összhagba áll; az 5. ábra egy lehetséges mûködési módot szemléltet, ahol az I áram változhat és az ahhoz tartozó Q s itegrál a [9] képlet szerit va kiszámítva; a 6. ábra a találmáy szeriti átalakító egy második példakéti kiviteli alakjáak egyszerûsített kapsolási rajza; és a 7. ábra a találmáy szeriti átalakító egy harmadik példakéti kiviteli alakjáak egyszerûsített kapsolási rajza. A magas hatásfok elérése érdekébe a találmáy szeriti koverter impulzusszélesség-moduláiót (PWM alkalmaz, amit a., 6. és 7. ábra szemléltet. A találmáy egyik iovatív jellemzõje két külöbözõ PWM szabályozó kombiálása: az elsõ tartalmaz egy tekerset, egy C kodezátort, egy M trazisztort és egy diódát és egy olya lefelé traszformáló szabályozókét va kialakítva, amely a hálózati feszültségforrástól (vagyis a pozitív feszültségforrástól az eergiát az R terheléshez továbbítja, amelyrõl feltételezzük, hogy léyegébe rezisztív tag; míg a második szabályozó, amely egy tekerset, egy M trazisztort és egy diódát tartalmaz egy olya felfelé traszformáló szabályozó, amely az és C áramköri kompoesek gyors kisütését biztosítja, ahol az említett két kompoes az elsõ szabályozó eergiatároló tagjai. Magyará, a felfelé traszformáló szabályozó disszipáió élkül képes továbbítai az eergiát az és C áramköri elemektõl a tápfeszültséghez. Eek kellõe gyors végrehajtásához élszerûe egy másodlagos elektromos eergiaforrást is haszáluk, evezetese a egatív feszültségû dd tápfeszültséget. Természetese a két PWM szabályozó és azok kapsoló áramköri elemei, vagyis az M és M trazisztorok mûködését megfelelõ vezérlõáramkör vezérli, evezetese a., 6. és 7. ábrá látható UC vezérlõáramkör; az M trazisztort egy mukaiklusú kapsolójel hajtja meg, míg az M trazisztort egy s mukaiklusú kapsolójel vezérli. Ami a kapsoló áramköri elemeket illeti, a vezérlõ meghajtó megfelelõ megválasztásával az M és M trazisztorok egymástól függetleül lehetek N¹satorás vagy P¹satorás MOSFET¹ek vagy más típusú trazisztorok. A és diódák lehetek PN¹átmeetû vagy Shottky-diódák. Ezekívül az említett diódák helyettesíthetõk trazisztorokkal vagy egybeépíthetõk trazisztorokkal, például olya MOSFET-trazisztorokkal, amelyek megfelelõe vezérelhetõk ahhoz, hogy redkívül korlátozott mértékû feszültségesést valósítsaak meg az említett áramköri elemeke a vezetési fázisba; ez hozzájárul a hatásfok még további övekedéséhez. A tápfeszültséget úgy kell méretezi, hogy a végsõ rádiófrekveiás erõsítõfokozat által igéyelt teljes eergiameyiséget biztosítsa. A mukaiklusú jellel vezérelt, lefelé traszformáló szabályozó az eergiát a kimeetre továbbítja, és ezáltal lehetõvé teszi a kimeeti feszültség változását, ami az A(t moduláló jel alapjá valósul meg. A lefelé traszformáló szabályozó álladósult állapotbeli válasza az alábbi: = [] ahol: =a hálózati feszültségforrás feszültsége; [0, ]=kimeeti feszültség; [0,]=mukaiklus. A diamikus válasz külöbözõ lehet; ez az alábbi két eltérõ fizikai jeleség eredméye: az,c,r kompoesek aluláteresztõ lieáris válasza; az M és áramköri elemek topológiájából adódó emlieáris válasz, ami lehetõvé teszi, hogy áram folyjo a bemeettõl a kimeethez, de megakadályozza az ellekezõ iráyú áramot. A lefelé traszformáló szabályozó lieáris viselkedése kompezálható az M trazisztort meghajtó jel mukaiklusáak változtatásával. A lefelé traszformáló szabályozó emlieáris viselkedést mutat, amikor egy meredek egatív esés szükséges a kimeeti feszültségbe; ebbe az esetbe sem az M trazisztor, sem a dióda em képes eergiát kiyeri az tekersbõl és a C kodezátorból, és a kimeeti feszültség az R C / képlet szerit esik. Amit a 3B. ábrá látható, kimutatható, hogy a emlieáris torzulás akkor kezdõdik, amikor a kívát kimeeti feszültség (egatív lejtõje meghaladja az, C,R áramkörök relaxáiós idejét. d I ( 0 ( 0 [] dt t 0 R C C A [] képlet közvetle következméye, hogy a megegedhetõ maximális lejtés ullához tart 0 kimeeti 3
HU 007 33 T feszültség mellett. Ha a 0 feszültség közel 0, az R kimeeti elleállás em képes gyorsa kisüti a C kodezátort és eek eredméyekét a feszültség ullához közeli (egatív deriválttal fog redelkezi. Ez az eredméy azt mutatja, hogy a lefelé traszformáló topológiával kapsolatos fõ probléma az, hogy az áramkör em képes reprodukáli az olya hullámalakokat, amelyek lefelé ulláig tartó súsokkal redelkezek. Egy ilye tipikus példa látható a 3. ábrá; a 3A. ábra A(t amplitúdójú, (t fázisú X(t fazor pályáját szemlélteti, amely az I Q síkba keresztülhalad a tegelyek metszéspotjá; az ilye típusú trajektóriák gyakoriak számos moduláiós eljárásba (például QAM, SSB, SB stb.. A 3B. ábrá az X(t fazor A(t amplitúdójáak megfelelõ változása és a pillaatyi kimeeti feszültség megfelelõ változása látható; a sús közelébe a kimeeti R elleállás em képes kellõ gyorsasággal kisüti a C kodezátort és eek eredméyekét a kimeeti feszültség eltér az A(t értéktõl. A felfelé traszformáló szabályozó eze speiális probléma megoldására szolgál. Ez a második szabályozó, amelyet a s mukaiklusú jel vezérel, az eergiaáramlás iráyáak megfordítására szolgál: az eergiát a kimeettõl, vagyis az és C kompoesektõl a tápfeszültséghez továbbítja. A felfelé traszformáló szabályozó egy kiegészítõ egatív dd feszültségforrást haszál a kimeeti áramkör kisülési sebességéek övelése éljából. Így ez a modulátor képes követi mid a moduláló jel gyors, diamikus jellemzõit, mid pedig a ullátmeetet, továbbá képes a ullát a moduláló jel em ulla deriváltjával megközelítei. Ezekívül a felfelé traszformáló szabályozó a redszer egészéek hatásfokát magas értéke tartja azáltal, hogy lehetõvé teszi a kimeete képzõdõ felesleges eergiáak a hálózati tápfeszültséghez törtéõ visszaszállítását. A lefelé traszformáló és a felfelé traszformáló PWM szabályozókak a feszültség változtatására törtéõ felhaszálása agy hatásfokot és agy diamikát eredméyez, azoba a kapsolási frekveiá és aak felharmoikusai zajt idéz elõ. Ez a zaj látható az amplitúdómoduláió sorá az álkompoesek révé (a kapsolási frekveiá és aak felharmoikusaiál, ami az áthallási zaj miatt esetleg problémát jelet. A kapsolási frekveiát (a Nyquist-elmélet értelmébe a moduláló jel maximális sávszélességéek legalább kétszeresére kell megválasztai; eek eredméyekét az álkompoesek továbbításáak problémája em befolyásolja a sávo belüli jelet, legfeljebb a szomszédos satorákat zavarja. Eze probléma megoldására a jele találmáyba két külöbözõ megoldást javasoluk. Az elsõ megoldás léyege, hogy eltávolítjuk a emkíváatos frekveiákat (az f sw kapsolási frekveiát és aak felharmoikusait, f sw,3f sw stb. egy többszitû fésûs szûrõ felhaszálásával. 5 0 5 0 5 30 40 45 55 60 Az említett szûrõ által a fázisba elõidézett igadozás a modulátor burkoló frekveiái az A(t és a közötti teljes fáziskésés részéek tekithetõ. A fésûs szûrõ olya struktúrával redelkezik, ami miimalizálja az ekvivales földkapaitást, mivel az hozzáadódik a C kodezátor kapaitásához és elsõsorba ez az kompoest, amely a korábba ismertetett emlieáris torzulásokért felelõs. A., 6. és 7. ábrá a többszitû fésûs szûrõt F hivatkozási jellel jelöltük. A második megközelítés léyege, hogy a emkíváatos frekveiákat szétterítjük egy véletleszerû vagy változó idõtartamú jitter alkalmazásával, amelyet a kapsolásál alkalmazuk, és ezáltal a kapsolási iklus T periódusidejét véletleszerû módo kismértékbe és folytoosa változtatjuk. Ez az áramköri szempotból egyszerû megoldás (amely a., 6. és 7. ábrá látható az UC vezérlõegység komplexitását emsak a véletleszám-geerátor alkalmazása miatt öveli meg, haem amiatt is, hogy a vezérlõ algoritmus képletébe a kapsolási periódusidõ változó lesz. Szükségesek tartjuk megjegyezi, hogy az említett két megközelítés elõyöse alkalmazható kombiálva is. ezérlési szempotból a redszer úgy tekithetõ, hogy két bemeettel redelkezik, melyek a és s mukaiklusok, és egy kimeettel redelkezik, amely a kimeeti feszültség. Ezért egy aalitikus modellt dolgoztuk ki egy digitális elektroikus szabályozásra törtéõ felhaszálás éljából. Ez a modell a kimeeti feszültség értékét az egyes kapsolási iklusok végé a mukaiklus függvéyébe számítja ki. A modell köye ivertálható, vagyis a mukaiklus szité meghatározható a kimeeti feszültség függvéyekét. A értékek elfogadható tartomáya 0 és közé esik; ha a számított értéke kisebb, mit ulla, az algoritmus a s mukaiklust számítja ki, ami biztosítja a kívát kimeeti feszültséget. A. ábra alapjá az alábbi hat feltételezést tesszük. Az elsõ feltételezés az, hogy a C kodezátoro esõ 0 feszültség azoos a kimeeti feszültséggel az A(t sávba. Ezt a feltételezést a kimeeti szûrõ fésûs struktúrája igazolja, ami ily módo em kellõ mértékbe sillapítja a jelet a moduláló jel sávjába. A második feltételezés értelmébe a C kodezátoro esõ 0 feszültség kostas mide egyes kapsolási iklus alatt. A harmadik feltételezés az, hogy az áramerõsítõt egy R értékû elleállással modellezzük. Az alábbi leírásba az R elleállásról feltételezzük, hogy mide egyes kapsolási iklusba kostas értékû. Ezért, ha az áramerõsítõt egy R =R ( karakterisztikával jellemezzük, az erõsítõ esetleges emlieáris mûködését szité számításba kell vei a modellbe. Ebbe az esetbe az alábbi kifejezés haszálható: R ( =R ( (. A egyedik feltételezés értelmébe a dióda és a dióda küszöbfeszültségét ulláak tekitjük. 4
HU 007 33 T 5 0 5 0 Az ötödik feltételezés az, hogy az I áram, amely az tekerse folyik keresztül, az egyes kapsolási iklusok végé ulla. Ez a választás azo a megfotoláso alapul, hogy az eergia fõkét a feszültségforrástól az R terhelés iráyába áramlik és sak bizoyos speiális esetekbe áramlik az elletétes iráyba. Ez két szempotból is elõyös. Az elsõ elõy azzal a téyel függ össze, hogy (három helyett sak két állapotváltozóval redelkezik a redszer, mivel két olya kompoes va, amely az egyik iklustól a következõig eergiát tárol: az tekers és a C kodezátor. A második elõy azzal függ össze, hogy az így kialakított áramkörbe kiküszöböljük az eergiahurkokat. Magyará, soha em valósul meg az a emkíváatos jeleség, hogy a feszültségforrástól eergiát vouk el, azt a kimeetre továbbítjuk (a lefelé traszformáló szabályozóval, majd újból visszajuttatjuk (a felfelé traszformáló szabályozóval a feszültségforráshoz. A hatodik feltételezés az, hogy az egyik kapsolási iklustól a következõig terjedõ mukaiklusba mutatkozó igadozás sekély mértékû a teljes mukaiklushoz viszoyítva. A modell két összefüggést haszál: az tekerse átfolyó I áram folytoos, amit a leti [3] képlet ír le, és ac kodezátor töltéséek megmaradása, melyet az alábbi [4] képlet ír le. ( ( I I I I [3] ( Q [4] C A 4. ábrá az látható, hogy mikét változik az I áram és a kimeeti feszültség a feti feltételek teljesülése eseté. A [3] és [4] képletbe az alábbi [5], [6] és [7] képleteket helyettesítve: I ( ( T [5] I ( ( ( T [6] ahol I 0 ( ( ( ( T Q ( I I T, az alábbi [8] és [9] képletet kapjuk: R ( ( T I I ( T ( ( ( 0 I T R C ( ( ( ( ( I I [7] T [8] ( T ( T C C I T [9] C 40 45 A [8] és [9] képlet egy leegyszerûsített, de redkívül hatékoy modellje a lefelé traszformáló PWM szabályozóak és lehetõvé teszi a C kodezátoro esõ 0 feszültség kiszámítását (ami megfelel a kimeeti feszültségek, valamit az I áram értékei alapjá az + iklusba az tekerse átfolyó I áram kiszámítását, továbbá a feszültség, a mukaiklus és az iklusba a kapsolási iklus T periódusidejéek kiszámítását. A feti aalitikus modell alapjá hatékoy vezérlési eljárások valósíthatók meg a találmáy szeriti teljesítméyátalakítóba alkalmazott PWM szabályozók kapsolóelemeiek vezérlésére. Az elsõ vezérlési eljárás pusztá a [8] és [9] képletek szeriti aalitikus modelle alapul; az ehhez tartozó átalakító egyszerûsített kapsolási rajza a. ábrá látható. A megoldadó problémát aak kiszámítása jeleti, hogy melyik mukaiklust kell alkalmazi az ¹edik iklusba (4. ábrá (, ameyibe a (+ (új eléredõ feszültség, a ( és az I ( (a redszer két állapotváltozójáak jelelegi értékei, valamit a T ( ismert. Ehhez a [9] képletet fel kell dolgozi és a mukaiklust az összes többi változó függvéyébe kell kifejezi. A problémát a [9] képleteka mukaiklusra voatkozó emliearitása jeleti. A másodfokú egyelet megoldása helyett, ami egyébkét boyolult feldolgozást és boyolult logikai áramkört igéyele, a fet említett hatodik feltételezést kihaszáljuk azzal a téyel együtt, hogy az ( ( / kifejezésbe az igadozás határozotta kisebb, mit a kifejezésbe lévõ igadozás (midkettõ kifejezés a [9] képlet második tagjába található. Eek eredméyekét adódik: T ( T R C C I ( T ( C ( ( T C [0] A [0] képlet az, ami lehetõvé teszi az iklusba megvalósítadó mukaiklus meghatározását a 60 (+ feszültségérték elõállításához, ameyibe a (,azi ( ésa ( értékek ismertek. 5
HU 007 33 T A logikai UC vezérlõegységek ezért mide egyes iklusba ki kell számítaia az alábbi két képletet, evezetese a [] képletet, majd azt követõe a [] képletet: T ( T R C C I ( T ( C ( ( T C [] T ( ( I I ( ( T ha I 0 I 0 [] Tekitettel arra, hogy az I áram em folyhat elletétes iráyba, a [] képletet telítei kell ulláál, vagyis ha I (+ <0I (+ =0. A [] képlet eredméye lehet pozitív és egatív is, azoba a egatív mukaiklus fizikailag értelmetle. Ebbe az esetbe a modell azt jelzi, hogy az eléredõ (+ feszültség eléréséhez töltést kell elvoi a C kodezátortól, ami úgy érhetõ el, hogy a =0 és s >0 értékeket állítjuk be. 5 0 Ebbe az esetbe a modell [8] és [9] képlete továbbra is érvéyes marad, ahol is ( =0 és a C kodezátorból eltávolítadó Q s ( töltésmeyiséget hozzáadjuk. Ebbõl adódik, hogy I I T [3] ( ( T R C ( ( ( T T Qs I C C C ( ( ( [4] A szóba forgó iklusba a C kodezátorból a (+ feszültség elérése éljából eltávolítadó Q s ( töltés az alábbi módo számítható: ( T Qs C R C ( T I C ( ( T C [5] Megjegyezzük, hogy a [5] képlet eltekitve a ¹C aráyossági téyezõtõl megfelel a [] képlet számlálójáak és ezért em szükséges újból kiszámítai. Ezért ha az ¹edik iklusba az eredméy az, hogy <0, akkor a =0 értéket kell beállítai és a C kodezátorból eltávolítadó töltést a [5] képlet alapjá kell kiszámítai (amely töltés határozotta pozitív, mivel a [] képlet evezõje határozotta pozitív. Ekkor a fet említett ötödik feltételezés kihaszálásával a Q s ( töltésbõl kiszámítható a s ( mukaiklus (a köyebb érthetõség érdekébe lásd az 5. ábrát. I pk pk I dd T ( ( s [6] ( ( ( T [7] OFF s 40 45 A [6] és [7] képlet egyelõvé tételével kiszámítható az az idõpot, amikor az I áram értéke újra 0 lesz, ami megfelel a OFF(.T ( idõpotak: dd OFF s A fet említett ötödik feltételezésbõl adódó megszorítás a OFF( maximális értékébe jeleik meg, amelyek ¹ek kell leie. Ebbõl következik, hogy a s ( em haladhat meg egy bizoyos értéket, amit smax( -el jelölük: smax dd [8] Ezutá kiszámítható a Q s ( a s ( függvéyébe: pk ( ( I OFF T ( dd ( T ( dd Qs ( ( s A [5] és [9] képletek egyelõvé tétele utá a ( s az alábbi módo írhat fel: s C ( T ( T ( dd R C [9] ( T C I T ( [0] C ( dd ( ( 6
HU 007 33 T Következésképpe a ( és s ( kiszámítására szolgáló algoritmus az alábbi.. lépés (elsõ módszer: ( T N R C ( T I C T C []. lépés (elsõ módszer: ha N ( 0 ha N ( <0 N ( T C s 0 ( ( 0 [] C s N ( T ( dd ( ( [3] ( dd ahol a ( s értékét a smax( értékûre kell korlátozi a [8] képlet értelmébe. 3. lépés (elsõ módszer: I I T T [4] 4. lépés (elsõ módszer: ha I 0I (+ =I ; ha I <0l (+ =0. edikált logikai áramkörrel a [3] képletet a legehezebb kiszámítai a ( ( /( dd + ( kifejezés jeleléte, valamit a égyzetgyökvoás miatt. Ameyibe a kisütés (és ezáltal a [3] képlet kiszámítása a szokásos módo megy végbe, amikor is a ( értéke kisi, az alábbi közelítés haszálható: dd dd ( ( [5] dd dd. lépés (második módszer: 0 5 0 5 30 A második vezérlési módszer a [8] és [9] képlet szeriti aalitikus modelle alapul, azoba az I ( értékek a modellbõl törtéõ kiyerése helyett, illetve aak feltételezése helyett, hogy az elõírt ( valóba az, amit a képletbõl kapuk, a második vezérlési eljárásál az említett két meyiséget méréssel határozzuk meg. Az eljáráshoz tartozó egyszerûsített kapsolási rajz a 6. ábrá látható; ez ayiba külöbözik a. ábrá látható kapsolástól, hogy a mérések elvégzéséhez tartalmaz további két további áramköri elemet, evezetese két AC aalóg-digitális átalakítót. A második módszer az alábbi elõyökkel redelkezik: kisebb komplexitás az algoritmusba, mivel a korábba szemléltetett 3. és 4. lépéshez tartozó számításokat kiküszöböljük, a túláramok vagy túlfeszültségek elle védõmérések lehetõségét tartalmazza, potosabb szabályozást végez a kezdeti trazies alatt, amikor a modell I árama még em kellõe stabil. Természetese szükséges olya áramkör biztosítása, amely a fet említett meyiségek mérésére szolgál. Az ötlet az, hogy a mért meyiségeket e a hagyomáyos értelembe vett zárt hurkú szabályozásra haszáljuk, haem az ¹edik iklusba kezdeti értékekkét haszáljuk a mukaiklusak a modell segítségével törtéõ kiszámításához. Ameyibe a mérési eredméyek jelölésére a ~ és ~ ( I változókat haszáljuk, az algoritmus pusztá az alábbi két lépésbõl áll: ( ~ T ( T N R C I C T C ~ [6] ahol (+ a kimeeti feszültség következõ értéke az A(t bemeet eredméyekét.. lépés (második módszer: ha N ( 0 ha N ( <0 s N ( T C s 0 ( ( 0 C N ( T ( ( ( ( dd dd ( [7] [8] 55 60 ahol a s ( értéket a [8] képlet értelmébe smax ( értékûre kell korlátozi. A harmadik szabályozás eljárás a [8] és [9] képlet szeriti aalitikus modelle alapul, azoba szükségessé teszi a kimeeti feszültség mérését és a kimeete alkalmazott terhelés meghatározását, külööse a rezisztív R terhelés aktuális értékéek meghatározását. A 7. ábrá látható példába a terhelést a kimeeti I 0 áram mérésével határozzuk meg; a feszültség mért értékéek és az I 0 áram mért értékéek háyadosa megfelel a terhelés rezisztív értékéek. A terhelés értéke meghatározható más módo is, például a terheléshez továbbított eergia mérésével vagy az átalakító bemeeti áramáak mérésével az átalakító kimeetéek beslésével. 7
HU 007 33 T 5 Az említett eljáráso alapuló átalakító egyszerûsített kapsolási rajza látható a 7. ábrá; ez a kapsolás ayiba tér el a. ábrá látható kapsolástól, hogy a mérések végrehajtására további két áramköri elemet, evezetese két AC aalóg-digitális átalakítót tartalmaz. A teljesítméyerõsítõ rezisztív elleállása, külööse a kimeeti fokozatáak elleállása tehát meghatározható (szükség eseté iklusról iklusra és az említett érték (vagy aak átlaga haszálható fel a következõ iklusba a kívát teljesítméy meghatározásához szükséges mukaiklus potos kiszámítására. ~ Ameyibe a mérési eredméyeket és ~ I o változókkal jelöljük, az algoritmus az alábbi lépésekbõl áll:. lépés (harmadik módszer: ~ T N ~ R C ( T I C T C [9] ahol (+ a kimeeti feszültség következõ értéke az A(t bemeet eredméyekét; l ( az tekerse átfolyó áram értéke, melyet a modell felhaszálásával ~ ~ számítuk ki; / ~ ( ( R I0 az áramerõsítõ tápbemeté mérhetõ rezisztív terhelés.. lépés (harmadik módszer: ha N ( 0 ha N ( <0 N ( T C s 0 ( ( 0 [30] C s N ( T ( dd ( ( [3] ( dd ahol a ( s értékét a [8] képlet alapjá smax( értékûre kell korlátozi. 3. lépés (harmadik módszer: ~ T I I T [3] 4. lépés (harmadik módszer: ha I 0I (+ =I ; ha I <0I (+ =0. A., 6. és 7. ábrá látható kapsolások viszoylag teljesek, azoba egyszerûsítettek; például a MOSFET trazisztort meghajtó áramkörök iseek kifejtve; az AC áramköri elemekek továbbítadó feszültségjeleket elõállító áramkör sak jelképese va jelölve; feszültségjel meghatározásáak esetébe pusztá egy vezetékre redukálódik, míg áramjel meghatározása eseté egy elleállásra, evezetese az Rs elleállásra redukálódik. A gyakorlatba például szükségessé válik olya áramkörök alkalmazása is, amelyek a mitavételezedõ feszültségjelet a kiválasztott speiális AC áramköri elemek aalóg bemeeti feszültségéek diamikus tartomáyához illesztik; áramjel érzékeléséek eseté megfelelõ áram-feszültség átalakítót kell választai. Ezekívül a detektált jeleket megfelelõe szûri kell (ati-aliasig szûrõvel aak érdekébe, hogy az AC áramköri elemek frekveiasávjá kívüli felharmoikusok és egyéb frekveiák e kerüljeek mitavételezésre. égül órajelet kell biztosítai az AC áramköri elemek számára a kívát mitavételezési frekveiá. 5 0 5 30 40 45 55 60 Szükségesek tartjuk megjegyezi, hogy a bemutatott kapsolási rajzokál midkét PWN átalakító közvetleül kapsolódik egymáshoz; ugyaakkor em zárható ki az sem, hogy ez az összeköttetés idirekt módo valósuljo meg más, a bemutatott kapsolásoko em látható áramköri elemeke keresztül. A teljesség kedvéért az említett áramkörökbe haszálható elemek listáját táblázatos formába az alábbiakba közöljük. Áramköri elem M C M Gyártó INTERNATIONA RECTIFIER INTERNATIONA RECTIFIER PUSE ENGINEE- RING TERN MURATA MANUFACTURING INTERNATIONA RECTIFIER Elemazoosító IRR9343 WQ0FN PE-54044S 3 330 F párhuzamosa kapsolva IRR305 COICRAFT 4.7H INTERNATIONA RECTIFIER WQ0FN UC XIINX UNITROE XCSE + UC75 AC ANAOG EICES A7894 Nyilvávaló, hogy a fetiekbe leírt és példakét szemléltetett megoldások számos külöbözõ módo módosíthatók, továbbá az említett eszközök vagy ayagok ekvivales eszközökkel vagy ayagokkal helyettesíthetõk az igéyelt oltalmi körö belül. SZABAAMI IGÉNYPONTOK. Elektromos eergiaforráshoz satlakoztatható teljesítméyátalakító, amely alkalmas az eergiáak az említett forrástól egy terheléshez törtéõ továbbítására, amely átalakító a bemeeté az átalakításhoz szükséges vezérlõjelet [A(t] fogad, azzal jellemezve, hogy tartalmaz: 8
HU 007 33 T 5 0 5 0 5 30 40 45 55 egy lefelé traszformáló, impulzusszélesség-moduláiót végzõ elsõ szabályozó áramkört (,C, M,, amely egy pozitív feszültségforráshoz ( és a földhöz satlakoztatható egy pozitív feszültségkimeet elõállítása éljából; egy eergiavisszayerõ áramkört, amely tartalmaz egy felfelé traszformáló, impulzusszélesség-moduláiót végzõ második szabályozó áramkört (,M,, amely az elsõ szabályozó áramkörhöz (,C,M, satlakozik, és amely egy kiegészítõ egatív feszültségforráshoz ( dd satlakoztatható az elsõ szabályozó áramkör (,C, M, eergiatároló áramköri elemeiek (, C gyors kisütése éljából, ahol a második szabályozó áramkör (,M, bemeete az elsõ szabályozó áramkör (,C,M, kimeetéhez satlakozik és a második szabályozó áramkör (,M, kimeete az elsõ szabályozó áramkör (,C,M, bemeetéhez satlakozik, amely elsõ szabályozó áramkör tartalmaz egy soros kapsolóelemet (M, egy földre kötött sötölõ diódát (, egy soros tekerset (, valamit egy földre kötött sötölõ kodezátort (C, a második szabályozó áramkör tartalmaz egy soros tekerset (, egy, a kiegészítõ egatív feszültségforráshoz (dd kapsolt sötölõ kapsolóelemet (M, és egy, a pozitív feszültségforráshoz ( kapsolt, szabado futó diódát (, ahol az elsõ szabályozó áramkör kapsolóelemét (M egy elsõ mukaiklussal ( redelkezõ kapsolójel hajtja meg, a második szabályozó áramkör kapsolóelemét (M egy második mukaiklussal ( redelkezõ kapsolójel hajtja meg; és tartalmaz továbbá egy, az elsõ szabályozó áramkör (, C, M, és a második szabályozó áramkör (,M, kapsoló áramköri elemeihez (M, M tartozó vezérlõegységet (UC, amely az említett kapsolóelemek (M,M kapsolását vezérli és az említett mukaiklusokat (, s egy elõre meghatározott, elõresatolt szabályozási eljárás felhaszálásával, amely az elsõ szabályozó áramkör (, C, M, egy yílt hurkú aalitikus modelljé alapul, úgy határozza meg, hogy azok idõbe e lapolódjaak át az említett vezérlõjelet [A(t] illetõe.. Az. igéypot szeriti teljesítméyátalakító, ahol az említett vezérlõegység (UC a kapsolási impulzusok szélességét (, s mide egyes kapsolási iklusba beállító módo va kiképezve. 3. A. igéypot szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy az említett vezérlõegység (UC a kapsolási impulzusok szélességét (, s legalább az elsõ szabályozó áramkör (,C,M, elõzõ állapotától, külööse az elõzõ kapsolási iklus állapotától függõe állítja be. 4. Az 3. igéypotok bármelyike szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy az említett vezérlõegység (UC véletleszerû vagy idõbe változó jittert alkalmaz az említett kapsoló áramköri elemek kapsolására. 5. Az elõzõ igéypotok bármelyike szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá egy olya szûrõeszközt (F, amely az említett elsõ szabályozó áramkör (,C,M, utá va kapsolva és a kapsolási zaj kiszûrésére alkalmasa va kialakítva. 6. Az 5. igéypot szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy az említett szûrõeszköz (F tartalmaz egy többszitû fésûs szûrõt. 7. Az elõzõ igéypotok bármelyike szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy az említett elsõ szabályozó áramkör (,C,M, legalább éháy állapotváltozójáak (I, 0 meghatározására szolgáló eszközt (AC tartalmaz, továbbá, hogy az említett vezérlõegység (UC az említett meghatározóeszközhöz (AC satlakozik és úgy va kialakítva, hogy egy, az elsõ szabályozó áramkör (, C, M, aalitikus modelljé alapuló szabályozási eljárás szerit mûködik, amely figyelembe veszi a meghatározott állapotváltozók (I, 0 értékeit. 8. Az elõzõ igéypotok bármelyike szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy az átalakító kimeeti feszültségéek ( out detektálására és az átalakító kimeeté mérhetõ terhelés (R érzékelésére alkalmas meghatározóeszközt (AC tartalmaz, továbbá, hogy az említett vezérlõegység (UC az említett meghatározóeszközhöz (AC kapsolódik és az elsõ szabályozó áramkör (,C,M, aalitikus modelljé alapuló vezérlõ eljárás szerit mûködik, amely eljárás figyelembe veszi a meghatározott kimeeti feszültséget ( out és a meghatározott kimeeti terhelést (R. 9. A 8. igéypot szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy a meghatározóeszköz (AC az átalakító kimeeti feszültségéek ( out mérésére és az átalakító kimeeti áramáak (I 0 mérésére alkalmasa va kialakítva. 0. Az elõzõ igéypotok bármelyike szeriti teljesítméyátalakító, azzal jellemezve, hogy bármilye terhelés vagy beavatkozó szerv eergiaellátására alkalmasa va kialakítva.. Amplitúdómodulátor, amely alkalmas a bemeeté egy modulált jel fogadására és amely erõsítõt, valamit tápellátásra alkalmas tápegységet tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az említett tápegység tartalmaz egy, az elõzõ igéypotok bármelyike szeriti teljesítméyátalakítót, amelyek az átalakításhoz szükséges vezérlõjele [A(t] megfelel az említett moduláló jelek.. Rádiós adóegység, amely az elõzõ igéypot szeriti amplitúdómodulátort tartalmaz. 9
HU 007 33 T It. Cl.: H0M 3/58 0
HU 007 33 T It. Cl.: H0M 3/58
HU 007 33 T It. Cl.: H0M 3/58
HU 007 33 T It. Cl.: H0M 3/58 3
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Rihárd osztályvezetõ Widor Bt., Budapest