• No results found

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

subsysteem17

subsysteemII

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.

GERELATEERDE DOCUMENTEN