Royer osilatör - Royer oscillator

Bir Royer osilatör bir elektronik gevşeme osilatörü kullanan doyurulabilir çekirdek trafo. 1954 yılında George H. Royer tarafından icat edilmiş ve patentlenmiştir.[1] Basitlik, düşük bileşen sayısı gibi avantajlara sahiptir, dikdörtgen dalga formları ve kolay trafo izolasyon. Transformatör çekirdeğinden maksimum şekilde yararlanarak, transformatörün boyutunu ve ağırlığını da minimuma indirir. Klasik Royer devre çıkışları kare dalgalar. Genellikle sinüs dalgaları oluşturan "rezonant Royer" olarak tanımlanan başka bir dönüştürücü tasarımı vardır. Bu, görünüşe göre, ilk kez 1959'da Baxandall tarafından tanımlandı ve bu nedenle "Baxandall dönüştürücü" olarak adlandırılmalıdır. Farklılıkları aşağıda açıklanmıştır. Her iki versiyon da yaygın olarak kullanılmaktadır. güç çeviriciler.

Devre açıklaması

Royer osilatör devresi
DC – AC çevirici

Royer devresi şunlardan oluşur: doyurulabilir çekirdek merkez tapalı transformatör Birincil sargı, bir geri besleme sargısı ve (isteğe bağlı olarak) a ikincil sargı. Birincinin iki yarısı iki tarafından sürülür transistörler içinde itme çekme yapılandırma. geri bildirim sargı, transformatör akısının küçük bir miktarını tekrar transistör sağlanacak üsler olumlu geribildirim, salınım üretiyor. Salınım frekansı maksimum tarafından belirlenir manyetik akı yoğunluk, güç kaynağı voltajı ve endüktans Birincil sargı.

Temel Royer üretir kare dalgası çıktı.[2]

Bir kullanma ihtiyacı doyurulabilir çekirdek çekirdek malzeme seçimini sınırlar. Bazı yaygın malzemeler şunlardır:

Çekirdek malzemeDoygunluk Akı Yoğunluğu / GÇekirdek Kayıpları W / cm3 50 kHz'de
Toshiba MB60000.49
Metglas2714A60000.62
Kare Permalloy 80 (0,5 mil)78000.98
Kare Permalloy 80 (1 mil)78004.2
Ferrit Türü 8440004

Mevcut mod çalışması

Voltaj modu çalışmasının bir dezavantajı, hem voltaj hem de akım yüksek olduğunda, anahtar transistörleri üzerindeki gerilimin zaman içinde geçiş sırasında yüksek olmasıdır. Bu dezavantaj, mevcut mod işlemi kullanılarak hafifletilir. Bu, transformatör merkez musluk beslemesine bir indüktör yerleştirilerek elde edilir. Bu indüktör, voltaj modunda dI / dt çok yüksek olduğunda merkez kademe voltajını düşürür. Bu geliştirilmiş versiyona mevcut beslemeli Royer osilatörü bazı kitaplarda.[3]

Uygulamalar (ve sinüs dalgası varyantları)

Klasik Royer osilatör devresi (akım sürücülü veya sürücülü olmayan), kare dalga çıkışının yük için kabul edilebilir olduğu bazı DC – AC inverterlerinde kullanılır. Ayrıca 1970'lerde güç kaynaklarının değiştirilmesinde (çıkışı düzelterek) yoğun bir şekilde kullanıldı ve tipik olarak bipolar transistörlerle uygulandı.[4] Bu devre, iki durum arasında geçişe neden olmak için yalnızca trafo çekirdek doygunluğuna dayanır.

Baxandall dönüştürücü (kondansatör ve indüktörün eklenmesine dikkat edin)

Sinüs dalgası varyantı

Royer dönüştürücü ile Baxandall'ın rezonans tasarımı arasında üç büyük fark var, ancak literatür karışık. [5][6]. İlk olarak, sinüs dalgası devresi, bir rezonant LC ("tank") devresi oluşturan merkez kademe transformatör primerine paralel olarak bir kapasitör ekler. İkinci olarak, bir indüktör, besleme voltajı ile seri olarak transformatörün birincil musluğuna bağlanır. Bu bileşenler, devrenin doğasını tamamen Royer tasarımından değiştirir.

Bir transistör açık olduğunda, kollektör voltajı, doyma voltajı ile sınırlı olarak sıfıra yakındır. İndüktör tarafından ayarlanan sabit bir akımla çalışır. Transformatörün primerindeki akım iki kısma ayrılır, her bir taraf yarım bir sinüs dalgası iletir, ancak anti-fazdadır ve her biri ortalama veya d.c. besleme voltajının yarısı kadar ofset. Karşıt akımlar her zaman dengelenir, ancak birincil tüm sinüs dalgasını "görür". Bu şekilde, transistörlerin itme-çekme modunda dönüşümlü olarak tam olarak açılıp kapanmasına izin verilirken bir sinüs dalgası oluşturulabilir. Royer dönüştürücüsüne tek benzerlik budur.

Endüktör akım değişikliğine karşı çıktıkça merkez kademe voltajı yukarı ve aşağı sallanır. Sonuç olarak, dalga formu tam dalga doğrultucuya çok benzer. D.c. besleme gerilimi ortalamaya eşittir, bu nedenle musluk yaklaşık olarak (pi / 2) * Vcc'de pik yapar. Transformatör, primerde 2: 1 ototransformatör gibi davrandığından, "kapalı" transistör toplayıcı voltajı iki katına veya pi çarpı Vcc'ye ulaşır.

Son olarak, üçüncü büyük fark, transformatörün doymaması veya doymaması gerektiğidir. İki transistör arasında geçiş, her yarım döngüde yankılanan birincil değişen polariteyle sağlanır.

Bu türden bir devre, örneğin CRT of Tektronix 547 osiloskop.[7] Benzer bir fikri kullanan bir devre, Bell Telephone Laboratories'e verilen 1973 patentinde ortaya çıkıyor.[8] ve bahsedildiği gibi, P.J. Baxandall'ın 1959 tarihli bir konferans makalesinde,[9]operasyonunun net bir tanımını yapan.

Baxandall dönüştürücü, son zamanlarda, acil durum aydınlatması ve kamp vb. İçin, genellikle şarj edilebilir piller kullanılarak, düşük voltaj kaynaklarından floresan tüplerin sürülmesinde kullanılmıştır. Ayrıca Baxandall, 1959 tarihli makalesinde, sinüs dalgası osilatörünün voltaj anahtarlamalı bir varyantını tanımlamıştır. Bu varyant, kompakt flüoresan lambalar (CFL'ler) için çoğu iki transistörlü sürücünün öncüsü gibi görünüyor ve son zamanlarda düşük voltajlı LED lambaları da çalıştırmak için genişletildi.

Baxandall dönüştürücünün başka bir uygulaması da güç sağlamaktır CCFL'ler. CCFL'ler, akımdan ışığa çıktı verimliliğinde bir bozulma gösterir. harmonikler, bu nedenle rezonans devresi, onları sür.[10] Işık yoğunluğu ayarlamasını sağlamak için, bir entegre devre tipik olarak bir darbe genişliği modülasyonlu ek bir transistörün kapısındaki sinyal, besleme bobini ile bir aşağı inen dönüştürücü oluşturur.[11] Diğer entegre devreler de iki osilatör transistörünü kontrol eder ve bunu yapmak için transformatör orta musluğunun sıfır vadisini algılar.[12]

Referanslar

  1. ^ Royer osilatör devresi Amerika Birleşik Devletleri Patenti 2783384
  2. ^ Pressman ve diğerleri, s. 266
  3. ^ Pressman ve diğerleri, s. 271
  4. ^ Mike Golio (2010). RF ve Mikrodalga El Kitabı. CRC Basın. s. "3–66". ISBN  978-1-4200-3676-3.
  5. ^ http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX1739-MAX1839.pdf
  6. ^ EDN mektup değişimi "Başka bir isimle bir Royer "Bryce Hesterman ile Jim Williams. 21 Kasım 1996'da yayınlandı.
  7. ^ Jim Williams (1998). Analog Devre Tasarımının Sanatı ve Bilimi. Newnes. s. 145. ISBN  978-0-08-049943-7.
  8. ^ Birleşik Devletler Patenti 3818314 Şekil 3
  9. ^ P.J. Baxandall, "Transistör Sinüs Dalgası LC Osilatörleri ", Transistörler ve İlgili Yarı İletken Cihazlar Hakkında Uluslararası Sözleşme, 25 Mayıs 1959, şekil 5, s. 751
  10. ^ Williams (1998), s. 157
  11. ^ "BiCMOS Soğuk Katot Floresan Lamba Sürücü Kontrol Cihazı" (PDF). Unitrode Ürünleri / Texas Instruments. Alındı 30 Ağustos 2020. (UCC3973 veri sayfasını içerir)
  12. ^ "Rezonant Lamba Balast Kontrol Cihazı" (PDF). Unitrode / Texas Instruments. Alındı 30 Ağustos 2020. (UC3872 veri sayfası)

daha fazla okuma

  • Abraham Pressman; Keith Billings; Taylor Morey (2009). Anahtarlama Güç Kaynağı Tasarımı, 3. Baskı. McGraw Hill Profesyonel. s. 266–278. ISBN  978-0-07-159432-5. Detaylı bir analizine sahiptir. FET (klasik) Royer osilatörünün versiyonu.
  • Johnson I. Agbinya, ed. (2012). Kablosuz Güç Aktarımı. River Publishers. s. 187–193. ISBN  978-87-92329-23-3. Rezonant Royer devresi için formüllerin analitik bir türevini ve gerçek bir devreden ölçülen verilerle (MOSFET'ler kullanılarak) bir karşılaştırma içerir.
  • Royer, G.H. (1955). "D-C giriş voltajıyla orantılı bir çıkış frekansına sahip bir anahtarlama transistörü D-C ila A-C dönüştürücü". Amerikan Elektrik Mühendisleri Enstitüsü İşlemleri, Bölüm I: İletişim ve Elektronik. 74 (3): 322. doi:10.1109 / TCE.1955.6372293.. Royer'ın devresi üzerine yazdığı 1955 tarihli bir makale.
  • George Henry (2000), "LX1686 Direct Drive CCFL Inverter Tasarımı ". Microsemi Uygulama Notu AN-13. CCFL uygulamalarında kullanıldığı şekliyle rezonant Royer'ın bir eleştirisini içerir (ve başka bir invertör tasarımı önerir).