ИНВЕРТОР Российский патент 1996 года по МПК H02M7/538 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах автоматики, радиотехники и электромеханики, требующих преобразования энергии постоянного напряжения в энергию переменного напряжения.

Наиболее близким по совокупности признаков является инвертор, содержащий два переключающихся транзистора, базы которых подключены к общим выводам соответствующих RC-цепочек, резисторные выводы которых объединены и одновременно соединены с общей шиной и с объединенными эмиттерами силовых транзисторов, базы которых через соответствующие резисторы одновременно подключены к коллекторам соответствующих переключающихся транзисторов и к емкостным выводам несоответствующих RС-цепочек, а коллекторы к соответствующим выводам первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой одновременно соединена с шиной электропитания и с объединенными эмиттерами переключающихся транзисторов.

Недостатком данного устройства является наличие коммутационных перегрузок, которые возникают вследствие появления так называемых "сквозных" токов, протекающих через силовые транзисторы. Причиной возникновения этих токов является не только инерционность силовых транзисторов, но и то, что они управляются сигналами, поступающими с коллекторов переключающихся транзисторов, которые совместно с RC-цепочками, с резисторами и с базо-эмиттерными переходами представляют схему автоколебательного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями. Известно, что последний генерирует импульсы с затянутыми фронтами, в основном определяемые зарядом конденсаторов RC-цепочек через коллекторные резисторы переключающихся транзисторов. Это приводит к тому, что в процессе генерации открытые состояния силовых транзисторов перекрываютcя на некоторых участках. В этих перекрытиях заключается основная часть коммутационных перегрузок. Причем, они в свою очередь ограничивают использование известного технического решения на более высоких частотах. "Сквозные" токи увеличивают потребление тока и, соответственно, мощности от источника постоянного напряжения, которая рассеивается в виде тепла на силовых транзисторах и снижает к.п.д. инвертора. При этом возможность известного устройства к повышению частоты преобразования оказывается неудовлетворительной и его использование при высоких частотах преобразования становится нецелесообразным. Причем рассеиваемая мощность не поддается никаким расчетам, что одновременно приводит к следующему недостатку к большому разбросу к.п.д. от одного образца инвертора к другому при серийном производстве.

Задачей изобретения является создание экономичного инвертора, обладающего возможностью использования его на высоких частотах, при этом сохранить малый разброс к.п.д. от одного образца к другому при серийном производстве, путем управления силовыми транзисторами таким образом, при котором открытые состояния их не только не пересекаются, но и между ними обеспечивается фиксированная задержка.

Указанная задача решается тем, что в инвертор, содержащий два переключающихся транзистора, базы которых подключены к общим выводам RС-цепочек, резисторные выводы которых объединены и одновременно соединены с общей шиной и с объединенными эмиттерами силовых транзисторов, базы которых через соответствующие резисторы одновременно подключены к коллекторам соответствующих переключающихся транзисторов и к емкостным выводам несоответствующих RС-цепочек, а коллекторы к соответствующим выводам первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой одновременно соединена с шиной электропитания и с объединенными эмиттерами переключающихся транзисторов, согласно изобретению в него введены два ключа, первые выводы которых подключены к базам соответствующих силовых транзисторов, вторые - объединены с общей шиной, а управляющие входы через соответствующие ограничительные резисторы к емкостным выводам соответствующих RC-цепочек.

Инвертор поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема инвертора; на фиг. 2 временная диаграмма его работы.

Инвертор содержит два переключающихся транзистора 1 и 2, базы которых подключены к общим выводам RC-цепочек 3 и 4, резисторные выводы которых объединены и одновременно соединены с общей шиной и с объединенными эмиттерами силовых транзисторов 5 и 6, базы которых через соответствующие резисторы 7 и 8 одновременно подключены к коллекторам соответствующих переключающихся транзисторов 1 и 2 и к емкостным выводам RС-цепочек соответственно 4 и 3, а коллекторы к соответствующим выводам первичной обмотки трансформатора 9, средняя точка которой одновременно соединена с шиной 10 электропитания и с объединенными эмиттерами переключающихся транзисторов 1 и 2. Одновременно в него входят два ключа 11 и 12, и два ограничительных резистора 13 и 14. Первые выводы ключей 11 и 12 подключены к базам соответствующих силовых транзисторов 5 и 6, вторые объединены с общей шиной, а управляющие входы через соответствующие ограничительные резисторы 13 и 14 к емкостным выводам соответствующих RC-цепочек 3 и 4.

Инвертор работает следующим образом. При рассмотрении работы устройства заметим, что схема, выполненная на переключающихся транзисторах 1 и 2, на RC-цепочках 3 и 4, на резисторах 7 и 8 и переходах база-эмиттер силовых транзисторах 5 и 6, представляет собой не что иное, как схему автоколебательного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями. Эта схема обладает двумя состояниями квазиравновесия: в первом состоянии один из переключающихся транзисторов, например 1 заперт, то другой 2 открыт, во втором наоборот. Переход из одного состояния в другое осуществляется лавинообразно.

В первом состоянии квазиравновесия (т.е. в первом полупериоде колебаний) в момент времени t₁ (фиг. 2а) транзистор 1 заперт, а транзистор 2 открыт. Конденсатор первой RC-цепочки 3 в этом случае разряжается (фиг. 2б) через собственное сопротивление, источник электропитания и открытый транзистор 2. Наряду с разрядом вышеуказанного конденсатора идет заряд конденсатора второй RС-цепочки 4 по цепи: источник электропитания резистор 7 входное сопротивление открытого транзистора 2, что отражено на интервале времени t₁ t₂ (фиг. 2а). В момент времени t₃, когда на базе транзистора 1 напряжение достигает порогового уровня, последний отпирается, рост его коллекторного тока приводит к выводу транзистора 2 из режима насыщения и к восстановлению петли обратной связи. В результате развивается лавинообразный процесс, завершающийся запиранием транзистора 2 и переходом схемы во второе состояние квазиравновесия (фиг. 2в). Теперь разряжается конденсатор второй RС-цепочки с момента времени t₃ (фиг. 2г) через собственное сопротивление, источник электропитания и открытый транзистор 1. Одновременно с разрядом последнего идет заряд конденсатора первой RС-цепочки по цепи: источник электропитания резистор 8 входное сопротивление открытого транзистора 1, что отражено на интервале времени t₃ t₄ (фиг. 2в). Второй полупериод колебаний завершается в момент времени t₅ (фиг. 2) достижения напряжением порогового уровня на базе транзистора 2. В этот момент отпирается транзистор 2 и происходит обратное опрокидывание в первое состояние квазиравновесия.

На фиг. 2д и 2е приведены управляющие сигналы, которые присутствуют на управляющих входах ключей 11 и 12 при работе вышеописанного мультивибратора. Причем при наличии сигнала с нулевым уровнем ключи заперты, а при единичном
открыты. Это позволяет управлять состояниями силовых транзисторов по базо-эмиттерному переходу. Предположим, что ключи 11 и 12 отсутствуют. В этом случае процессы переключения силовых транзисторов 5 и 6 могут быть проанализированы по эпюрам, приведенным на фиг. 2д и 2е. При этом необходимо только учесть то, что эпюра напряжений, приведенная на фиг. 2а, соответствует эпюре напряжений фиг. 2е, а на фиг. 2в фиг. 2д. Из сравнения фиг. 2д и фиг. 2е видно, что открытые состояния силовых транзисторов 5 и 6 перекрываются в интервале времени t₁-t₂ и t₃-t₄. В этих перекрытиях заключена основная часть коммутационных перегрузок силовых транзисторов 5 и 6. Чтобы исключить эти перегрузки и введены ключи 11 и 12, которые поочередно запирают силовые транзисторы 5 и 6 по базово-эмиттерным переходам. В результате этого последние управляются не только переключающимися транзисторами 1 и 2, но и ключами 11 и 12, т. е. открываются только на интервале времени t₂-t₃ (фиг. 2е) и t₄-t₅ (фиг. 2д). Между импульсами длительностью τ (фиг. 2ж и фиг. 2з), которые характеризуют открытые состояния силовых транзисторов, появляется фиксированная задержка t₃.. Эта задержка исключает перегрузки силовых транзисторов, обусловленных одновременным их открыванием и в интервалах их рассасывания.

Таким образом, осуществляется управление силовыми ключами как переключающими транзисторами 1 и 2, так и ключами 11 и 12, что дает возможность обеспечить задержку момента открывания очередного силового транзистора в процессе генерации.

Предлагаемое техническое решение позволяет создавать экономичные инверторы, которые могут быть использованы для работы на повышенных частотах преобразования, при этом сохранить малый разброс к.п.д. от одного образца устройства к другому при серийном производстве.

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах автоматики, радиотехники и электромеханики, требующих преобразования энергии постоянного напряжения в энергию переменного напряжения. Инвертор содержит два переключающихся транзистора, базы которых подключены к общим выводам RС-цепочек, резисторные выводы которых объединены и одновременно соединены с общей шиной и с объединенными эмиттерами силовых транзисторов, базы которых через соответствующие резисторы одновременно подключены к коллекторам соответствующих переключающихся транзисторов и к емкостным выводам RC-цепочек соответственно, а коллекторы - к соответствующим выводам первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой одновременно соединена с шиной электропитания и с объединенными эмиттерами переключающихся транзисторов. Одновременно в него входят два ключа и два ограничительных резистора. Первые выводы ключей подключены к базам соответствующих силовых транзисторов, вторые - объединены с общей шиной, а управляющие входы - через соответствующие ограничительные резисторы к емкостным выводам соответствующих RC-цепочек. Изобретение позволяет создавать экономичные инверторы, которые могут работать на повышенных частотах и при этом сохранять малый разброс к.п.д. от одного образца устройства к другому при серийном производстве. 2 ил.

Инвертор, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами, две пары резисторов, два переключающихся транзистора, базы которых подключены к общим выводам соответствующих RC-цепочек, резисторные выводы которых объединены, силовые транзисторы, базы которых через соответствующие резисторы первой пары подключены к емкостным выводам других RC-цепочек, отличающийся тем, что введены два ключа, силовые цепи которых включены параллельно базо-эмиттерным переходам соответствующих силовых транзисторов, а выводы управления через соответствующие резисторы второй пары подключены одновременно к емкостным выводам соответствующих RC-цепочек и коллекторам других переключающих транзисторов, средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена с вторым выводом для подключения источника питания и с объединенными эмиттерами переключающих транзисторов, крайние выводы первичной обмотки трансформатора соединены с коллекторами соответствующих силовых транзисторов, эмиттеры которых объединены и подсоединены к первому выводу для подключения источника питания.