АВТОГЕНЕРАТОРНЫЙ ПОЛУМОСТОВОЙ ИНВЕРТОР Российский патент 1994 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Известен автогенераторный полумостовой инвертор, в котором в цепь положительной обратной связи (ПОС) между силовым трансформатором и базовыми цепями транзисторов включен маломощный переключающий трансформатор, причем его первичная обмотка подключена к дополнительной обмотке силового трансформатора через токоограничивающий резистор [1] .

Момент переключения транзисторов в таком инверторе определяется моментом насыщения маломощного трансформатора. Если приведенный ток нагрузки превышает расчетный ток коллектора, то условие автогенерации нарушается и колебания в схеме не возникают. Это свойство обеспечивает высокую функциональную надежность инвертора при коротких замыканиях нагрузки.

Главными недостатками данной схемы являются прямая зависимость частоты преобразования от напряжения питания и малый КПД, обусловленный большими потерями на управление.

Наиболее близким по технической сущности является автогенераторный полумостовой инвертор, содержащий делитель входного напряжения на двух последовательно соединенных конденсаторах, два последовательно соединенных транзистора, силовой трансформатор и переключающий трансформатор, вторичные обмотки которого подключены между базами и эмиттерами транзисторов, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и включены в диагональ переменного тока инвертора, а дополнительные обмотки трансформаторов соединены параллельно через резистор [2] .

Инвертор имеет два контура ПОС: один - по уровню приведенного тока нагрузки через первичные обмотки трансформаторов, другой - по уровню напряжения на дополнительных обмотках трансформаторов. Цепь ПОС по току обеспечивает уменьшение потерь мощности в цепях управления транзисторов, цепь ПОС по напряжению дает возможность реализовывать автоматически изменяемую задержку открывания очередного транзистора и автоматическое симметрирование режима перемагничивания магнитопровода силового трансформатора.

В данной схеме имеет место пропорционально токовое управление транзисторами, когда ток базы открытого транзистора пропорционален току коллектора, это обусловливает ее основной недостаток - низкую функциональную надежность при перегрузках.

Цель изобретения - повышение функциональной надежности за счет автоматического регулирования уровней обратной связи и упрощения схемы.

Поставленная цель достигается тем, что в инверторе, содержащем делитель входного напряжения на двух последовательно соединенных конденсаторах, два последовательно соединенных транзистора, силовой трансформатор и переключающий трансформатор, вторичные обмотки которого подключены между базами и эмиттерами транзисторов, первичная обмотка переключающего трансформатора подключена через первый резистор к отводу первичной обмотки силового трансформатора, включенной в диагональ переменного тока инвертора через второй резистор.

Как и прототип [2] , заявляемый инвертор имеет два контура обратной связи (ОС): один - по уровню приведенного тока нагрузки через первичные обмотки трансформаторов, другой - по уровню напряжения на обмотках трансформаторов, причем, в отличие от прототипа, без применения дополнительных обмоток.

Сущность автоматического регулирования уровней обратной связи состоит в том, что ОС по напряжению в зависимости от тока нагрузки изменяется по знаку и амплитуде. На малых нагрузках она положительна, на расчетной нагрузке она равна нулю, а при перегрузках она отрицательна. Благодаря этому суммарная ОС при перегрузках также отрицательна, что и обеспечивает достижение поставленной цели.

Проведенный анализ существенных признаков предложенного технического решения по источникам научно-технической и патентной информации (см. прилагаемую справку) показал, что данное предложение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема инвертора.

Инвертор содержит делитель входного напряжения на конденсаторах 1, 2, два транзистора 3, 4, силовой трансформатор 5, переключающий трансформатор 6, вторичные обмотки 7, 8 которого подключены между базами и эмиттерами транзисторов 3, 4. Первичная обмотка 9 переключающего трансформатора 6 подключена через резистор R₁ к отводу (обмотке) 10 первичной обмотки 11 силового трансформатора 5, включенной в диагональ переменного тока инвертора через резистор R₂. 12 - вторичная обмотка силового трансформатора.

Для пояснения работы и расчета инвертора используем зависимость тока I_т в первичной обмотке 9 переключающего трансформатора 6 от тока I_н в первичной обмотке 11 силового трансформатора 5 (с точностью до токов намагничивания трансформаторов)
I_т = I_н + (V_o - V_т - R₁ ˙ I_н)/(R₁ + R₂), где V_o и V_т - напряжения на обмотках 10 и 9, соответственно.

Заметим, что возможны два режима предельных уровней ОС:
R₂ = 0. В этом случае уровни ОС соответствуют схеме [1] .

R₁ = 0. Получаем уровни ОС, соответствующие схеме [2] .

Выбираем транзисторы 2T812 с h_21э = 4 и U_БЭнас = 1,6В.

Принимаем отношение чисел витков базовых w_Б и первичной w_Т обмоток переключающего трансформатора
w_Б / w_T = h_21э = 4.

При таком отношении чисел витков условие автогенерации имеет следующий вид:
I_т > или = I_н.

Вычисляем напряжение V_т = U_БЭнас x x w_T / w_Б = 1,6/4 = 0,4В.

Выбираем: V_o = 4,4 В, R₁ = 4 Ом, R₂ = = 1 Ом.

Условие I_т = I_н выполняется, когда ток I_н достигнет значения
I_н = (V_o - V_т)/R₁ = (4,4 - 0,4)/4 = 1 А.

Если напряжение питания составляет 300 В, то условие автогенерации соблюдается до мощности в нагрузке 150 Вт.

Если приведенный ток нагрузки I_н значительно превышает расчетное значение 1 А, то условие автогенерации нарушается и колебания в схеме не возникают. Например, положим I_н = 5 А, тогда получаем I_т = 1,8 А, т. е. условие автогенерации не соблюдается и, таким образом, обеспечивается высокая функциональная надежность инвертора при коротких замыканиях нагрузки.

Указанные преимущества заявляемого инвертора подтверждены при использовании его в качестве источника питания макетов электронных схем в процессе их наладки, когда часто происходят перегрузки и короткие замыкания.

При использовании в качестве источника питания инвертора [2] часто имели место выходы из строя как дорогостоящих транзисторов самого инвертора, так и еще более дорогостоящих элементов макетируемых схем.

Высокая функциональная надежность инвертора при коротких замыканиях нагрузки позволила решить проблему выхода из строя дорогостоящих элементов. (56) 1. Ромаш Э. М. , Драбович Ю. И. , Юрченко Н. Н. , Шевченко П. Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М. , Радио и связь, 1988, с. 103, рис. 4.9в.

2. Ромаш Э. М. , Драбович Ю. И. , Юрченко Н. Н. , Шевченко П. Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М. , Радио и связь, 1988, стр. 243, рис. 6.33.

Автогенераторный полумостовой инвертор содержит делитель входного напряжения на двух конденсаторах 1,2, два транзистора 3,4, силовой трансформатор 5 и переключающий трансформатор 6. Вторичные обмотки 7,8 подключены между базами и эмиттерами транзисторов. Первичная обмотка 9 переключающего трансформатора 6 подключена через первый резистор к отводу первичной обмотки 11 силового трансформатора 5, включенной в диагональ переменного тока инвертора через второй резистор. 1 ил.

АВТОГЕНЕРАТОРНЫЙ ПОЛУМОСТОВОЙ ИНВЕРТОР, содержащий делитель входного напряжения на двух последовательно соединенных конденсаторах, два последовательно соединенных транзистора, силовой трансформатор и переключающий трансформатор, вторичные обмотки которого подключены между базами и эмиттерами транзисторов, отличающийся тем, что первичная обмотка переключающего трансформатора подключена через первый резистор к отводу первичной обмотки силового трансформатора, включенной в диагональ переменного тока инвертора через второй резистор.