Транзисторный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры для преобразования постоянного напряжения в переменное гюсредством транзисторных инверторов. Известны транзисторные инверторы, в которых повышен КПД. В таких инверторах повышение КПД достигается за счет умень шения сквозных токов, Для этого между коллектором и базой каждого силового транзистора выходного двухтактного усилителя включен через обмотку опорного напряжения диод. При таком включении диода силовые транзисторы работают в ненасыщенном режиме и в них не происходит накопление избыточных носителей тока. Благодаря этому уменьшены сквозные токи, а следовательно, и динамические потери, что обеспечивает повышение КПД 1. Недостатком такого инвертора является то, что максимальная мощность, рассеиваемая на базовых резисторах, во много раз превышает мощность, требуемую для управления силовыми транзисторами. Это отрицательно сказывается на КПД, особенно при малых токах нагрузки. Наиболее близким к предлагаемому является транзисторный инвертор, в котором уменьшены потери мощности на управление при устранении сквозных токов и повышен КПД. Инвертор содержит задающий генератор, управляющий трансформатор, трансформатор обратной связи, шунтирующие транзисторы, выходной двухтактный транзисторный усилитель, разделительные диоды, источник опорного напряжения и регулирующие транзисторы, а выход задающего генератора соединен с первичной обмоткой управляющего трансформатора, вторичные обмотки которого через регулирующие транзисторы соединены со входом силовых транзисторов,выходного усилителя, в базовую цепь регулирующего транзистора последовательно включен базовый резистор, а вход шунтирующих транзисторов подсоединен через трансформатор обратной связи, источник опорного напряжения и разделительные диоды, присоединенные к коллекторам и базам или эмиттерам силовых транзисторов. В процессе работы база-коллекторные или коллектор-эмиттерные напряжения открытых транзисторов сравниваются с опорным напряжением, а разность их поступает через разделительные диоды и трансформатор обратной связи на входы шунтирующих транзисторов, изменяя их состояние, изменяя базовые токи -регулирующих и силовых транзисторов. При этом базовые токи силовых транзисторов изменяются таким образом, чтобы указанная разность напряжений была минимальной. При соответствующей вег личине опорного напряжения силовые транзисторы всегда находятся в ненасыщенном состоянии и сквозные токи отсутствуют. В таком инверторе максимальная мощность, рассеиваемая в цепях управления, незначительно превышает ту величину мощности, которая требуется для управления силовыми транзисторами. За счет снижения потерь мощности в цепях управления КПД такого преобразователя напряжения выше, чем у вышеуказанного инвертора 2. Недостатками известного инвертора являются , недостаточно высокий КПД, что вызвано большими статическими потерями в силовых транзисторах из-за ненасыщенного режима работы в открытом состоянии, а так же низкая надежность, что вызвано снижением надежности шунтирующих транзисторов из-за обратных импульсных перенапряжений на их база-эмиттерных переходах, возникающих при переключении силовых транзисторов, когда восстанавливается обратное сопротивление разделительных диодов. Целью изобретения является повыщение КПД и надежности. Эта цель достигается тем, что в транзисторном инверторе, содержащем задающий генератор, управляющий трансформатор, выходной двухтактный усилитель, разделительные диоды и регулирующие транзисторы в цепь базы каждого из которых последовательно включен базовый резистор, причем выход задающего генератора соединен с первичной обмоткой управляющего трансформатора, вторичные обмотки которого через регулирующие транзисторы соединены с входами силовых транзисторов выходного двухтактного усилителя, введены дополнительные диоды, дроссель насыщения и дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого щунтирована подавителем тока намагничивания дросселя на .-.... сыщения и подключена через обмотку дрос иасыщения к выходу задающего генератора, а вторичные обмотки подключены к базовым цепям регулирующих транзисторов, коллектор каждого из которых соединен с эмиттером силового транзистора, а база через дополнительную обмотку управляющего трансформатора и разделительный диод соединена с. коллектором силового трант зистора, причем встречно-параллельно регулирующему транзистору включен дополнительный диод.. Подавитель тока намагничивания может быть выполнен либо в виде резистора, либо в виде транзистора, подключенного по силовой цепи через первый выпрямитель к вспомогательной обмотке дополнительного трансформатора, .а по входной цепи через второй выпрямитель - к дополнительной об мотке дросселя насыщения.

На чертеже показана принципиальная, схема предложенного инвертора, в которой в качестве подавителя тока намагничивания дросселя использован резистор.

Инвертор содержит задающий генератор 1, управляющий трансформатор 2, йыходной двухтактный транзисторный усилитель 3, дополнительный трансформатор 4, дроссель 5 насыщения, который включен, между первичной обмоткой дополнительного трансформатора 4 и выходом задающего генератора 1. В базовые цепи силовых транзисторов 6 9 выходного двухтактного транзисторного усилителя 3 включены регулирующие транзисторы 10-13, причем коллекторы регулй-/ рующих транзисторов соединены с эмиттерами сбответствующих силовых транзисторов, эмиттеры регулирующих транзисторов соединены с одними выводами вторичных обч AIOTOK 14-17 управляющего трансформатор ра 2, с вторыми выводами которых соединены базы соответствующих силовых транзисторов, базы регулирующих транзисторов через дополнительные обмотки 18-21 упт равляющего трансформатора 2, разделит ьные .диоды 22-25 соединены с коллекторами соответствующих силовых транзисторов. Вторичные обмотки дополнительного управляющего трансформатора 4 через базовые резисторы 26-29 подключены к входу регулирурщих транзисторов. Встречно-параллельно регулирующим транзисторам подключены дополнительные диоды 30-33. К выходу инвертора подключена нагрузка 34.

Параллельно первичной обмотке дополнител-ьного управляющего трансформатора 4 подключен подавитель 35 тока намагничивания дросселя, в качестве которого использован резистор..Инвертор работает следующим образом.

Напряжение с выхода задающего генератора 1 поступает на первичную обмотку управляющего трансформатора 2 к на соединенные последовательно насыщающийся дроссель 5 и первичную обмотку дополнительного трансформатора 4. Предположим, что сердечник насыщающегося дросселя 5 насыщен и что на начала обмоток трансформаторов 2. и 4 поступает «плюс, а концы - «минус напряжения управления. Тогда регулирующиё транзисторы 10 и-13 открь1ты и через них протекают базовые токи силовь1Х транзисторов 6 и 9, которые также открыты, и в нагрузку поступает выходное напряжение. Через источники опорного напряжеНИИ, выполненные в виде дополнительных обмоток 18 и, 21 управляющего трансформатора 2, разделительные диоды 30 и 33, коллекторные переходы силовых транзисторов 6 и 9 и регулирующих транзисторов 10 и 13, соответствующие вторичные обмотки до полцительного управляющего трансформатора 4 и базовые резисторы 26 и 29 протег кают шунтирующие токи, которые вызывают

падение напряжения на указанных базовых резисторах, уменьщают базовые токи регулирующих транзисторов 10 и 13, призакрывают их, тем самым уменьшая базовые токи и призакрывая силовые транзисторы 6 и 9. Благодаря наличию указанных .цепей, по которым протекают шунтирующие токи, напряжения между коллекторами и базами транзисторов 6 и 9 в открытом состоянии равны соответственно напряжениям вторичных обмоток 14 и 17 минус напряжения меж ду базами и эмиттерами регулирующих транзисторов 10 и 13, минус напряжения дополнительных обмоток 18 и 21, плюс прямые падения напряжений на разделительных диодах 22 и 25. Поскольку прямые падения напряжений на разделительных диодах 22 и 25 и на база-эмиттерных переходах регулирующих транзисторов 10 и 13 мало изменяются в процессе работы, а напряжения обмоток 18 и 21 всегда пропорциональны напряжениям обмоток 14 и 17, так как . они расположены на одном сердечнике, то напряжения между коллекторами и базами открытых силовых транзисторов 6 и 9 всегда будут иметь одну и ту же величину. Известно, что при определенной величине коллектор . - базового напряжения, соответствующей оптимальному насыщению транзисторов, статические потери в нем минимальны. Следовательно, в рассматриваемой схеме при соответствующем соотношении обмоток 14-17 обмоток 18-21 управляющего трансформатора 2 статические потери- уменьшены до минимальных, а КПД повышен.

КогДа выходное напряжение задающего генератора 1 поменяет свою полярность, то начнется перемагничивание сердечника дросселя 5. На первичной обмотке дог|олнительного управляющего трансформатора 4, зашунтированной подавителем 35, И на всех его вторичных обмотках напряжения будут близкими к нулю и все регулирующие транзисторы будут закрыты. Это происходит потому, что при перемагничивании сердечника дросселя 5 комплексное сопротивление его обмотки значительно больше сопротивления подавителя 35. На входы силовых транзисторов 6 и 9 с обмоток 14 и 17 через диоды 30 и 33 поступает запирающее напряжение, и в этих транзисторах протекает процесс рассасывания избыточных носителей тока. Рассасывание осуществляется как по базовым цепям через диоды 30 и 33, так и по силовым цепям этих транзисторов. В базах силовых транзисторов 7 и 8 токи отсутствуют и они остаются закрытыми. Благодаря этому в схеме исключена возможность протекания сквозных токов при рассасывании избыточных носителей из базовой области силовых транзисторов, уменьшены динамические потери и повышен КПД. Когда процесс рассасывания в транзисторах 6 и 9 закончится и они будут закрыты, к разделительным диодам 22 и 25 окажется при

1. ТРАНЗИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий задающий генератор, управляющий трансформатор, выходной двухтактный усилитель, разделительные диоды и регулирующие транзисторы, в цепь базы каждого из которых последовательно включен базовый резистор, причем выход задающего генератора соединен с первичной обмоткой управляющего трансформатора, вторичные обмотки которого через регулирующие транзисторы соединены с входами силовых транзисторов выходного двухтактного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, введены дополнительные диоды, дроссель насыщения и дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого шунтирована подавителем тока намагничивания дросселя насыщения и подключена через обмотку дросселя насыщения к выходу задающего генератора, а вторичные обмотки подключены к базовым цепям регулирующих транзисторов, коллектор каждого из которых соединен с эмиттером силового транзистора, а база через дополнительную обмотку управляющего трансформатора и разделительный диод соединена с коллектором силового транзистора, причем встречно-параллельно регулирующему транзистору включен дополнительный диод. 2.Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве подавителя тока намагничиО вания использован резистор. 3.Инвертор по п. 1, отличающийся тем, (Л что в качестве указанного подавителя тока намагничивания использован вспомогательный транзистор, подключенный по силовой цепи к вспомогательной обмотке дополнительного трансформатора через первый выпрямитель, а по цепи управления - к дополнительной обмотке дросселя насыщения через второй выпрямитель. 01 to