ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР Российский патент 2003 года по МПК H02M7/538 H02M3/337 H02M5/453 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к преобразовательным устройствам, преобразующим постоянное напряжение в переменное.

Известны устройства для преобразования постоянного напряжения в переменное, например, патент 2043695 Н 02 М 3/335 (оф. бюл. "Изобретения" 25, 1995), патент 2007016 Н 02 М 7/538 (оф. бюл. "Изобретения" 2, 1994), патент 2007832 Н 02 М 5/5395 (оф. бюл. "Изобретения" 3, 1994), патент 2009609 Н 02 М 7/538 (оф. бюл. "Изобретения" 5, 1994), содержащие силовые ключи, коммутирующие напряжение источника, трансформаторы, включенные по одной из классических схем: полумостовой, мостовой, схемы со средней точкой.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относится то, что в известных устройствах возникают сквозные токи (особенно в режиме холостого хода), несимметричный магнитный цикл сердечника силового трансформатора.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является инвертор, содержащий 2 транзистора, силовой трансформатор с выводом нулевой точки первичной обмотки, подключенным к плюсовому входному выводу инвертора, насыщающийся трансформатор тока с первичными обмотками и вторичными обмотками, которые являются положительной обратной связью и включены между базами и эмиттерами транзисторов, и схему запуска (см. патент 2007832 Н 02 М 7/5395).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании данного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве за счет жесткой связи транзистора с источником питания возникают сквозные токи, ограничивающие нагрузочную способность инвертора. Также из-за неидентичности параметров ключей может произойти несимметричное намагничивание сердечника трансформатора, эти причины резко снижают кпд, надежность, нагрузочную способность устройства на высоких рабочих частотах.

Сущность изобретения заключается в следующем: с целью устранения возникновения сквозных токов, обеспечения симметричной работы трансформатора, повышения нагрузочной способности в широком диапазоне сопротивлений нагрузки на высоких частотах порядка 1000 кГц схема силовой части инвертора построена из двух однотактных инверторов, работающих в противофазе. Благодаря тому что однотактные инверторы не имеют недостатков, присущих двухтактным инверторам, например сквозные токи, изобретение в целом, представляющее собой двухтактный инвертор, обладает всеми положительными свойствами однотактных инверторов и двухтактных инверторов, такими как отсутствие сквозных токов, симметричная работа трансформатора, надежная работа как на холостом ходу, так и в режиме полной нагрузки.

Основная особенность заключается в том, что каждое плечо инвертора есть однотактный инвертор, состоящий из управляемого ключа, диода и дросселя со средним выводом в обмотке, соединенного с источником питания, крайние выводы дросселя соединены между коллектором управляемого ключа и катодом диода, эмиттер управляемого ключа и анод диода соединены с минусовым выводом источника питания.

Два однотактных инвертора работают в противофазе. На нагрузке, подключенной к коллекторам управляемых ключей, возникает напряжение, равное сумме коллекторных напряжений двух однотактных инверторов.

На фиг. 1 изображена электрическая принципиальная схема силовой части инвертора.

На фиг. 2 изображены диаграммы работы силовой части инвертора в нагруженном состоянии.

Схема работает следующим образом.

В инверторе происходит накопление энергии в индуктивностях и отдача энергии в нагрузку либо обратно в источник питания.

В момент времени Т₀ (см. фиг.2) формируется базовый ток Iу1 ключа VT1, а ключ VT2 закрывается. На интервале T₀-T₁ ключ VТ1 находится в открытом состоянии, а ключ VT2 в закрытом.

Ток дросселя L2 замыкается по цепи: +E_вх - L2-T-C-VT1-(-)En, одновременно происходит накопление энергии в дросселе L1. Ток I_L1- нарастает, а ток I_L2 - спадает, т. е. дроссель L2 отдает энергию в нагрузку, а дроссель L1 накапливает энергию. При этом напряжение на нагрузке равно удвоенному напряжению питания. В момент времени T₁ ключ VT1 закрывается, а VT2 открывается, после чего ток дросселя L2 замыкается через VT2, а ток дросселя L1 замыкается по цепи (+)E_n-L1-C-T-VT2-(-)E_n, т.е. первый дроссель отдает ранее накопленную энергию, а второй пополняет ее. Далее процессы повторяются. Цепочки VD1-W1.1, VT2-W2.1 служат для рекуперации энергии, накапливаемой индуктивностями на холостом ходу. В паузах токи дросселя перехватываются обмотками W1.1 или W1-2 и замыкаются по цепям W 1.1-(+)E_n-(-)E_n-VT1-W 1.1 - для тока I_VD1, W1.2-{+)E_n-(-)E_n-VT2-W1.2 - для тока I_VD2. Таким образом, поддерживается баланс мощности в схеме в режиме холостого хода.

Основным условием работы схемы является
NW1=(0,5...0,9)•NW2,
где NW1- количество витков обмоток W1.1, W1.2;
NW2- количество витков обмоток W2.1, W2.2.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах, преобразующих постоянное напряжение в переменное, применяемых во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Техническим результатом является устранение возникновения сквозных токов, обеспечение симметричной работы трансформатора, повышение нагрузочной способности в широком диапазоне сопротивлений нагрузки на высоких частотах порядка 1 000 кГц. В двухтактный инвертор с двумя управляемыми ключами, разделительным конденсатором и системой управления введены дроссели и диоды, анодами соединенные с входным выводом. Каждое плечо инвертора образовано соответствующими управляемым ключом, дросселем и диодом. В результате в инверторе поддерживается баланс мощности в режиме холостого хода. 2 ил.

Двухтактный инвертор, содержащий два управляемых силовых ключа, коллекторы (стоки) которых подключены через разделительный контур к нагрузке, эмиттеры (истоки) объединены и подключены ко второму входному выводу, управляющие выводы подключены к выходам системы управления, вырабатывающей парафазные импульсы тока и напряжения, отличающийся тем, что введены два диода, аноды которых соединены со вторым входным выводом, два дросселя, обмотки которых содержат средние выводы, соединенные с первым входным выводом, один из управляемых силовых ключей, один из диодов и один из дросселей образуют плечо инвертора, причем крайние выводы каждого из дросселей соединены между коллектором (стоком) управляемого ключа и катодом диода в соответствующем плече.