heerbaan222bredahólland tel.:076-879250 telex: 54598
BV
VOORTOPKWALITEITTELECOMMUNICATIEAPPARATUUR
inelkevoedingisinstaatomDCenveran
deringenmetlagefrequentiestecompen
seren.Ditgeldtechternietvoorhogefre
quenties die dan ook ter plaatse d.m.v.
capaciteitenmoetenwordenweggefilterd.
Eenvoeding,aangeslotenopeenbelasting engebruikmakendvande„remotesense”
gaaterinprincipeuitzienvolgensfig. 20.
Parallel schakelen
Voedingen uit de MG serie kunnen on
beperkt parallel worden geschakeld zon
der dat weerstanden en/of dioden nodig zijn. Ditgeeftindepraktijknatuurlijkde nodige voordelen maar voordat hiervan gebruikkanworden gemaakt,moetenwe tocheenpaardingenbekijken.Nemenwe bijv. de nauwkeurigheidt.g.v. belastings-variaties.Bijhetparallelschakelenvan2of meereenheden,staande„sense”verster
kersookparallel.Ditheeftgevolgenvoor de regeling. Het is nu eenmaal ondenk
baar, dat de 2 „sense”versterkers exact gelijk staan ingesteld. Omdezeredenzal de versterker die het „hoogst” staat af-geseteld,hetregelsysteemvollediguitstu
ren, om deingesteldeuitgangspanningte bereiken.Hijzalhierechternooitinslagen en omdat de belasting meer stroom af
neemt dan de nominale voedingstroom (andershoevengeen2voedingenparallel teworden gezet)komt de stroombegren-zing in en gaat de voeding werken als constante stroombron. Dit betekent dus dat bijparallelschakelingvan2eenheden, de voedingdiehet hoogststaatingesteld, als stroombron werkt, terwijl degene die het laagststaatafgesteld,deuitgangspan
ningbepaalt. Ditgeldtalsde stroomafna-memeerisdan1 voedingkanleveren(>I nom). Daalt omwelke redendanook de stroomafnamebeneden Inom,danzalde
„sense”versterkerdiehethoogststaataf
gesteld samen met de bijbehorendevoe
ding, de ingesteldeuitgangspanning kun
nenbereikenterwijlde„sense”versterker die het laagststaatingesteld, eentehoge uitgangspanningziet,dusdebijbehorende voedingIaatstoppenmetoscilleren(ener
gieleveren).Nemenweaandat2voedin
gen die nominaal 5 V bij 40 A leveren, staanafgesteld opresp.4,9en5,1V,dan zal de belasting-karakteristiekeruitzien alsinfig. 21.
Invak Ais de uitgangspanning5,1 V en stromentot40Akunnenwordenafgeno
men:
Deeerstevoeding(hoogstafgestelde)be
paaltdeuitgangspanningenlevertde uit-gangstroom.
De tweede unit (laagst afgestelde) isge
stoptmetwerken.
In vak B is de uitgangspanning4,9 Ven stromenvan40...80Akunnenwordenaf
genomen: De eerste eenheid is een stroombronenlevertca.44A(Inom+« 10%).
De tweede voeding bepaalt de uitgang
spanningenlevertderestvandegevraagde uitgangstroom.
Natuurlijkhoevendeverschillen,zoals in fig. 21staan aangegeven,nietzogroot te zijn.
Voordat deeenhedenparallelwordenge
zet, kan de uitgangspanning op eerder omschreven wijze worden ingesteld op 5,00Vwaardoordesprongmax.nogmaar 9 mVzalbedragen.
Alarmering
Indemeesteindustriëlesystemenvormtde voedingeenkritischgeheel.Wegvallenbe
tekentdanookdateentotaalsysteemuit
valt, hetgeeninsommige industrieproces-senontoelaatbaarenzelfslevensgevaarlijk kanzijn. OndankshetfeitdatMGvoedin
gen MTBF tijden van 40000 uur halen, hebben we te maken metvoedingen die
stroomvoorziening
nadelen. Programmering gebeurt soms
meestal d.m.v. spanningen, stromen of digitale coden. Hiervoor ishetbelangrijk omtewetendatpunt6vandevoedingook stroomprogrammeringaccepteert.
Principes om analoog met spanning of stroom,ofdigitaalmetBCDofbinaireco
de deuitgangspanning te programmeren, vindtmeninfig. 18.
Fig. 19geefteentoepassingweervaneen BCD programmeerbare stroombron die programmeerbaar is in stappen van 100 mA...15 A, waarbij de uitgangspanning tot 16Vmagstijgen.
Hetisnatuurlijkduidelijkdat iederevoe
ding uit de MG serie op deze wijze kan worden toegepast (tot5 V-100A)endat resolutie alleen eenkwestieis vankeuze vandeD/Aomzetter.
Remotesense
Nemen we nude remote senseonder de loep dan zien we dat alle eenheden 4-draadswordenuitgevoerd. Hetisnueen
maal noodzakelijk, datnietalleendeuit
gangspanning van een voeding constant moetzijn,maardatdetevoedenonderde
len een zo constant mogelijke voeding-spanning krijgen. Een te voedensysteem zitnietdirectopdeuitgangsklemmenvan devoedingaangeslotenenbijstromenvan 20...40Atellendetientallenmflvan aan-voerdradenmee.
Reeds eerder is in deze afleveringen te voorschijngekomendat0,1%nauwkeurig
heid t.g.v. belastingvariatiesnietszeggend wordt als de aan- en afvoerdraden niet worden gecompenseerd. Bij bijv. 30 Ais hetverliesoververbindingsdradenvan1m (aan-enafvoer)meteendoorsnedevan3 mm2, al ruim 350 mV. Dit betekent 7%
nauwkeurigheid t.g.v. belastingvariaties, alseen5Vvoedingnietwordtgemetenop de uitgangsklemmen, maar op de belas
ting.Bijeenschakelendevoedingstaatde verschilversterker volledig los van het hoofdstroomcircuit en hoeft de uitgang
spanningniettewordengemetenopdeuit
gangsklemmen. De „sense draden” kun
nenmetde toe-enafvoerdradenworden meegevoerd tot aan de belasting. Span-ningverlies inde leidingenwordtopdeze wijze afdoende gecompenseerd. Voordat we dit toepassenmoet echtereenbeper
kingwordenbesproken. Hetregelsysteem
Fig.22. Sensorplusbufferversterkervoor unitfailuredetector.
naarRl/R2örug
■Q+
D
o-
t>B-O
Fig.21. TweeMGeenhedenparallel.
5.1 \
T
Fig.20. „Remotesense”inpraktijk.
5.0
enbufferversterker,eendubbelpolig wis-selrelaisaangestuurduitdeT05serievan Teledyne Relays. De contacten van dit relais kunnen worden gebruikt om ter plaatse tesignalerenwelkevoedingis ge
stoptmetoscillerenomcentraal een dingsspanningalarm tegeven.
Omnutevoorkomen,datIC2de„oscilla
tie”stoptomdateentehoge uitgangspan-ning wordt gemeten, is in serie met de secundaire wikkeling van de bestaande trafo, een tweede trafo opgenomen die doorgeeft of er stroom door de voeding wordt geleverd. Isdit niethetgeval,dan wordt een versterker uitgestuurd die via een diode de brug van IC2 in on-balans brengt, waardoor het lijkt alsof de uit-gangspanning lager wordt en de eenheid gaatoscilleren. E.e.a.wordtduidelijkge
maakt in fig. 22. Natuurlijk heeft ditin
vloedopdestabilisatiewerkingvanhetge
heeldaterdanookzondervoorzorgen uit gaatzienalsin fig.23.
Doornu interneenvaste belastingaante brengen (R3-fig.4)verschuiftvoordege
bruikerde IJ-asingrafiek23naarV^,1.
Hierdoorontstaateenvoedingmet alarm-indicatie die een goede, stabiele uit-gangskarakteristiek heeft en alarm geeft, onafhankelijkvanwatde „sense”verster
kerzegt, alshij nietmeerinstaatisomte oscilleren(energieteleveren).
Elkelezerzalogenblikkelijkopmerkendat er nog altijd eenfout kan ontstaan in de schottkydiodenenhet uitgangsfilter. Er
varing heeft echtergeleerddat deze, ge
selecteerdeonderdelen,hetslechtszelden laten afweten, waardoor 99,99% van de fouten inderdaad alarmering tot gevolg heeft (enwelkebeveiligingis100%?).
Doordat „overdimensionering” plaats
vindt,ishetnumogelijkomdealarmeren
de voeding tevervangen, terwijl het sys
teem rustig doorwerkt. Dit alles geldt natuurlijk niet voor bestaande systemen die zonder,,over”dimensioneringwerden ontworpen.
Verder is een bekende toepassing gete
kend infig. 24:Tweehoofdvoedingen (A enB)voedenresp.viersubsystemen(I,II, IIIenIV).Allesubsystemenzijnapartbe
veiligd. Dit is gedaan om, wanneer een systeemsluitingheeft,naenigetijd (door-smelttijd van de betreffende smeltveilig-heid),despanningte latenterugkerenen hetanderesysteemweertekunnengebrui
ken. Vaak ook worden de subsystemen voorzienvaneendiodeeneenbufferelco die de doorsmelttijd van een smeltveilig-heid overbrugt en waardoor het subsys
teemdatgeensluitingheeft,normaalkan blijvenwerken.
Inditlaatstegevalishetnatuurlijkwelvan belang dat de kortsluitstroom zo hoog mogelijk is om de doorsmelttijd zo laag mogelijkte houden.
Om nu elkehoofdvoedingmeteenfactor 10overtedimensioneren, iseenkostbare zaak. De in hetmiddengeschetste „bac-king-up” voeding levert, samen met de
stromoofzimg
kunnenweigeren.Eenmogelijkeoplossing voe-voorditprobleemisreserveintebouwen.
Dezereservemoetnatuurlijknietbestaan uiteenzelfdevoedingdiemeerstroomle
vert,maaruit2voedingenwaarvanereen instaatisomdetotalebelastingtevoeden, metdetweedevoedingparallelomhetzelf
de te kunnen doen wanneer de eerste w’eigert.
Of, om een praktijkvoorbeeldte kiezen, als5V-70A moetworden geleverd,kan een5V-100Avoedingdetaakeenvoudig aan.Veiligerwordthetom3eenhedenvan 40 A parallel te schakelen, waardoor bij uitvalvan1 voedingnogsteeds80A kan worden geleverd. Deoplossingheeft na
tuurlijkgeenenkelezin,alsdevoedingen nietvaneen alarmeringwordenvoorzien.
Ditiseenprobleemapart.
Het meten vande uitgangspanningheeft geen enkele zin, omdat de voedingen parallelstaan enhetjuistdebedoelingis dat deze uitgangspanning blijft gehand
haafd.Hetkoppelenvanvoedingend.m.v.
diodenzoueenoplossingkunnenzijn,wa
rehetnietdatzelfsbijschottkydiodenvan grootvermogen,hetvermogensverliesnog 0,4x 40 = 16Wbedraagt.
Eentweede probleemhierbijishet span-ningverlies,maardatzoukunnenworden opgelostdoorde„sense”dradenachterde diodeteplaatsen.Eenbijkomend,nietge
ringprobleemisechterreedsomschreven bij het parallelschakelen van voedingen (ziebesprekingvanfig.21). Delaagstin
gesteldevoedingstoptmethetleverenvan energiedusde uitgangspanningzal,alser dioden zijn gebruikt, 0worden. Dit zou dan alarm betekenen, terwijl de voeding bestin staat isom te werken. Bezienwe danook nogdatdelaagstingesteldevoe
dingomredenvantemperatuurcoëfficiënt niet altijd dezelfde hoeft te zijn,dan be
tekenen dioden en spanningbewakingop deuitgangsklemraengeenoplossing.Inde MGserieiseenoplossinggevonden,diein hetkorthieropneerkomt:
Paralleloverdesecundairewikkelingvan T3 (uitgangstrap, fig.4, RE 19), wordt d.m.v. een opto-koppeling het oscillatie-signaal bekeken. Op het moment dat dit verdwijnt, wordtviadezeopto-koppeling
Fig.24. Toepassingvaneen,,backing-up”voedingmettweeërleidoel.
^( subsysteemin subsysteemI
W Q B
T
+4 W
subsysteem17subsysteemII
X* B B
T T
.boekingup’
voeding
hoofd voeding hoofd
voeding
Fig.25. Principenieuwegeneratie„schakelendevoedingen".
sense
voeding
o.v.p.
Fig.23. UitgangskarakteristiekvaneenMC voedingmetopgedrongenwerking.
Vuit Vuil' . /VY\
betreffende hoofdvoeding, voldoende stroom om smeltveiligheden,bij kortslui
ting,sneldoortesmelten.Fig.24geeftdan ook een goede oplossing, zowel bestaande systemen, diegescheiden dengevoedeneenreservevoedingnodig hebben, alsindiegevallenwaarkortsluit
stromen hoogmoeten zijnom lage door-smelttijdentegaranderen.Natuurlijkwordt de stabilisatiefactor van de backing-up voeding aangetast door de serie dioden.
Doornuvoordezedioden,hoogvermogen shottky(lagedrempelspanning)tegebrui
kenendebacking-upvoedinghogerinte stellen, kan een inde praktijk goedwer
kendsysteem wordengemaakt.
Ontwikkelingen
Speciaalophetgebiedvandemiddelgrote vermogens (25...30W)geeft hetprincipe indeel2nietvoldoendevoordelen.
Ondanksmeeronderdelen isdebetrouw
baarheid groter, doordat op een lagere temperatuur kan worden gewerktzonder ventilatorentoetehoevenpassen.Hetge
wichtiskleiner,maarde afmetingenzijn, doordat er veel onderdelen nodig zijn, minstenszogrootalsdelineairetegenhan
ger. Ditwetende, startte GouldAdvance eenjaargeledeneenverdereontwikkeling envoordatweverdergaan,ishetverstan
digom deuitgangspuntenonderelkaarte zetten:
1. Naast het algemene, kleiner, beteren goedkoperprincipe waarelkeverbetering nueenmaalaanschijnttemoetenvoldoen, waren erde veiligheidsaspecten dieinde loopvandetijdvan1,5en2kV(eff)gingen naar4kV(eff).(0+2 +4kVeffisolatie testmetdebehuizingopeen2kVniveau).
2. Uitgangvermogens (bij uitgangspan-ningenvan5, 12,15en24V)van25...30 W.
3. Gesloten voeding zonder aparte koel-platenof speciale montage voorschriften, metafmetingen dievoldoenaanindustrie standaarden.
Deeerstevraagdieopkomtis:waaromeen totaal nieuw ontwerp? Kan het bekende ontwerp niet worden verkleind (uitgang
vermogens zijn kleiner) en om de 4 kV isolatietegaranderen,deruimtetussenge
leiders ietsworden vergroot?Erzijn een aantal redenen te noemen waardoor dit nietkan. Demeest belangrijkezijn:
Afmetingen: Als het bekende ontwerp verkleindende4kVeismoetwordenge
handhaafd,zaldewinstbijzonderlaagzijn.
Deredenhiervanishetfeit,dathetbeken
deontwerpom4transformatorenvraagt;
dieomdat 1ervanop50Hzmoetwerken, nietveelkunnenworden verkleind. Som
mige moeten zelfs groter worden met betrekkingtotde4 kVisolatie.
Complexiteit:Toen5jaargeledenhetbe
kendeontwerpgestaltekreegindeMGse
rie,warencomplexegeïntegreerdecircuits en goedkope hoogspanningtransistoren, moeilijk verkrijgbaar en dan meestal uit één bron. Wat toen niet konworden ge
bruiktmeteengarantieperiodevan5jaar als uitgangspunt, kan momenteel wel.
Zonderdegarantieperiodegevaartelaten lopen,zijntransistorenmet800VVcboen 400V, Veesengeïntegreerdecircuitstoe tepassen,omdat zevandiverse bronnen kunnenwordenbetrokken.Ditmaakthet mogelijkomhet invertercircuit teveran
derenvan2transistoren(push-pull), naar 1 transistor (single-ended) en het regel-circuitdrastischteverkleinen.
oscillatorenenNOR-poorten,ofdeanalo
gebenaderingdiegebruikmaaktvan2dif
ferentiëlespanningvergelijkers.
De laatste oplossing geeft, ondanks dat integratienietmaximaalkanwordendoor
gevoerd, voordelen in verbandmet tem-peratuurcoëfficiënt en aansturing vande invertertransistor.Erzijnn.1. verschillen
demanierenomschakeltransistorenzoda
nigaantesturen,daterminimale schakel-verliezenontstaan.Deoplossingisnatuur
lijkafhankelijkvande ,,soort”transistor, diewordttoegepastenvandebelastingdie wordtgeschakeld. Ervaringheeftgeleerd dat inditsoorttoepassingende basishet beste kan worden aangestuurd door een stroombron in de ,,aan”- en een tegen-spanning in de ,,uit”-situatie. Om het
„hoe” van het overspannings-beveili-gingscircuittebepalen,moeteerstworden gekeken naar het „waarom”. Het over-spanningscircuit ineenvoedingmaaktde uitgangspanning0ophetmoment,datde
zegroterwordtdandeingesteldewaarde, omdetevoedencircuitstebeveiligen.De meestgebruikelijkeoplossingbijconven
tioneleserieregelaars iseenthyristorover deuitgangdieingeleidingkomtwanneer deuitgangspanningtehoogdreigttewor
den. Omdatdemeestvoorkomende fout inditlaatstesoortregulatorenkortsluiting indeserietransistoris,diedanookopde hoogste temperatuurwerkt,zaldethyris
torinstaatmoetenzijnomdemax.kort
sluitstroom vandevoedingtevoeren. Als erdanook nogrekeningwordtgehouden met hetfeit datsmeltveiligheden (secun
dair)nietaltijdwenselijkzijn,danzaldeze thyristormoetenwordengekoeld,omge
durendelangeretijdhetvermogenvande voeding te kunnen dissiperen. Dit be
tekent een behoorlijk groot (om niet te zeggenkostbaar)geheel.
Wordt nu het nieuwe principe bekeken, danzienwedatalleenfouteninhetregel
systeemeentehogeuitgangspanningkun
nenveroorzaken. Kortsluitinginde scha-keltransistor geeft automatisch uitgang
spanning0.Hetregelsysteemuitschakelen betekent ook automatisch uitgangspan
ning0.Dusinplaatsvande vermogenthy-ristor over de uitgang, plaatsen we een voor
wor-Kosten: De reeds eerder genoemde 4 transformatoren vertegenwoordigen een behoorlijke kostenfactorwanthetwikke
len van kleine „hoog”frequent transfor
matorenmet4kVisolatieisgeenkleinig
heid.
Bovenstaandepunten betekenden,datbij het nieuwe ontwerp werd uitgegaan van een inverter met 1 transistor, een maxi
maalgeïntegreerdregel-enstuurcircuiten zo minmogelijk transformatoren.
Nu hethoe:
Als het stuur- en regelcircuit galvanisch kanwordenverbondenmetdeingangdan kan inéénkeerdestuur-en stroomtrans-formator worden vergeten. Natuurlijk blijft, om isolatieredenen, de hoofd-stroomtransformator gehandhaafd en zal er, als bovenstaand principe wordt ge
bruikt,eengeïsoleerdeterugmeldingmoe
ten zijn van de uitgangspanning. Dit ge
beurtd.m.v. eenopto-koppeling,diemet 4kVisolatiemomenteelookdoorverschil
lende fabrikanten kan worden geleverd.
Omdatwe de eigenschappen (voordelen) vanhetbekendesysteemnietwillenverlie
zen,zalookdeuitgangstroomwordenge
metenendeoverspanningbeveiligingmoe
ten wordenbekeken. Watbetreft de uit
gangstroom; deze wordt, om transforma
torenuittesparen,gemetenaandeprimai
rezijde,d.m.v.een topspanninggelijkrich-ter. Beide signalen, uitgangspanning en stroom, wordengecombineerdenmoeten nuwordenomgezetineenaan/uitverhou
dingvoordeinverter-transistor.Ookhier
voor zijn weer verschillende manieren, zoals een „digitale benadering”, waarin gebruik wordtgemaakt vanmonostabiele
Afb.6.Inwendigeopbouwvaneen5V-100Avoeding.