Мостовой транзисторный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 

05 4 4

2j Инвертор по п. 1, отличающийся тем,что ключ состоит

из двух транзисторов, силЬвые переходы которых включены встречно-параллельно.

1. МОСТОВОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР, диагональ постоянного тока которого соединена с входными выводами и концами конденсаторного делителя напряжения, средняя точка которого связана со средним выводом первичной обмотки выходноготтрансформатора, подключенной к диагонали переменного тока инвертора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышенияКПД путем повышения допустимой мощности, между средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора и средней точкой конденсаторного делителя напряжения введен ключ, обладакаций двусторонней проводимостью.

Изобретение относится к иреобра зовательной технике -и может быть использовано при разра.ботке вторич ных источников питания. Известны мостовые транзисторные инверторы, содержащие четыре транзистЬрнй}с ключа и выходной трансфор матор tl3. Наиболее близок к предлагаемому мостовой транзисторный инвертор, диагональ постоянного тока которого соединена с входными выводами и ко цами конденсаторного делителя на пряжения, средняя точка которого св зана с6 средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора, подключенной к диагонали переменного тока инвертора 2. Недостаткомуказанных устройств является ограничение рабочей мощности, обусловленное неравномерным распределением динамических потерь между транзисторами, работающими в одном такте. Это, в свою очередь, вызвано разбросом параметров транзисторов, а также имеющим место на практике неравенством двух состав-лянздих динамических потерь: потерь при включении и выключении транзисторного ключа. Цель изобретения - повышение КПД путем повышения допустимой мощности мостового транзисторного инверто ра .Поставленная цель достигается тем, что в мостовом транзисторном инверторе, диагональ постоянного тока которого соединена с входными выводами и концами конденсаторного делителя напряжения, средняя точка которого связана со средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора, подключенной к диагонали переменного тока инвертора, между средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора и средней точкой конденсаторного делителя напряжения введен ключ, обладающий дв сторонней проводимостью. Ключ состоит из двух транзисторов, силовые переходы которых вклю.чены встречно-параллельно. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы его работы. Мостовойтранзисторный инвертор содержит транзисторные ключи 1-4 Диагональ постоянного тока инверто ра соединена с входными выводами 5 и 6.доя подключения к источнику питания, а также.к концам конденсаторного делителя 7 - 8 напряжения. Обмотка 9 трансформатора 10 соединена концами с диагональю переменного тока инвертора. Средний, «вывод 11 обмотки трансформатора соединен со средней точкой 12 конденсаторного делителя напряжения через ключ 13, обладающий двусторонней проводимостью. Ключ 13 может быть выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных транзисторов 14 и 15. Схема работает следукяцим образом. Каждый такт открыта пара ключей 1 и 4, 2 и 3. Сигналы управления на ключи одного такта могут подаваться как синхронно, так и с временным сдвигом Работу схемы рассмотрим ьвначале для случая наличия временного сдвига между сигналами управления транзисторами одного плеча (1 и 4; 2 и 3) Пусть ключ 13 замкнут (интервал i, на диаграмме и) . Пусть сигналы управления на транзисторные ключи 1 и 2 опережают сигналы управления на транзисторные ключи 4 и 3. На интервалах времени, когда ключ 1 открыт, а ключ 4 еще закрыт, ток протекает от положительной обкладки конденсатора 7 через открытый ключ 1, первую половину обмотки 9 и замкнутый ключ 13 к отрицательной обкладке конденсатора 7. При этом-через обмотку 9 и ключ 1 протекает ток, вдвое превышающий номинальный. За счет ЭДС, наводимой на второй половине обмотки 9, напряжение на закрытом ключе 4 падает до нуля. На транзисторах 2 и 3 напряжеьие равно напряжению питания. Отпирание ключа 4 троисходит при нулевом напряжении т.е. без динамических потерь. Потери включения полностью выделены на ключе 1. После включения ключа 4 ток ключа 1 снижается до номинального. Запирание ключа 1 происходит без динамических потерь, так как напряжение на нем после запирания остается равным нулю до момента запирания ключа 4. На этом интервале времени ток ключа 4 вдвое превышает номинальный и в нем вьаделяются полностью потери выключения. В интервале от запирания ключа 4 до отпирания

ключа 2 на всех силовых ключах напржение равно половине напряжения питания.

Далее аналогичные процессы повтеряются в ключах 2 и 3.

Динамические потери при включении и выключении зависят от величины коммутируемой мощности Р„

«ом Когда ключ 13 замкнут

и.

р ( I ОЛА . КОЛЛ

,

ком кэ к.

К.ОМ

и Ггдеи

соответственно напряжекэние и ток,коммутируемые транзистором; Un - напряжение питания; 3,..,(- ток коллектора в номиК п

нальном р)жиме, Описанный порядок переключения . происходит, в течение всего времени замкнутого состояния ключа 13.

Предположим далее, что в некоторый момент времени ключ 13 разомкнут. Тогда от.пирание ключа 1 происходит при отсутствии тока, поскольку ключ 4 еще не о.ткрыт, а цепь конденсатора 7 разомкнута. При этом потери в ключе 1 равны нулю, напряжение на ключах 1 и 3 нулевое, а напряжение на ключах 2 и 4 возрастает до Up. При отпирании ключа 4 через него, ключ 1 и обмотку 9 протекает номинальный ток, напряжение .на ключах 2 и 3 равно. При запирании ключа 1 ток через него и через ключ 4 прекращается, однако ключ 4 еще открыт, поэтому напряжение на нем равно нулю, динамические потери тоже равны нулю - они полностью .выделяются на ключе 1. Коммутация ключей.2 и 3 происходит аналогично.

Описанный порядок переключения происходит в течение всего времени tp разомкнутого состояния ключа 13. Коммутируемая мощность в этом случае

Р и О - Р КОН п кн конв обоих случаях коммутируемая мощность одинакова. В течение времени t потери включения выделяются на ключах 1 и 2, а потери выключения на Ключах 3 и 4. В течение tp поте-ри включения выделяются н.а ключах 4 и 3, а потери выключения - на ключах 1 и 2. Если по каким-либо причинам потери включения и выключения Не равны, описанное периодическое перераспределение потерь при помощи ключа 13 позволяет уменьшить возможную перегрузку одного из ключей одного плеча, а следовательно, поднять допустимую мощность инвертора.

Рассмотрим работу схемы при синхронной подаче сигнала управления

на ключи одного плеча.

Предположим, что ключ 13 разомкнут, а сигналы управления подаются синхронно на ключи 1 и 4, ,отпирая их. Если время включения .ключей 1 и 4 одинаково Ьвкл то потери включения распределены между ними поровну. Однако практически имеет место разброс параметров транзисторов. Предположим,.что

0

ВКЛ4

В этом случае большая часть потерь Pgi выделяется и ключе 4, -отпирающемся последним. Наоборот, большая часть потерь ,||Гд ьщеляется

5 в ключе 1, запирающемся первым.

При равенстве потерь включения и выключения ключи 1 и 4 находятся в одинаковых условиях. Однако чаще

екл Рвыкл а именно Рвкл Р0ыкл0Таким образом, один из ключей нагру жен динамическими потерями больше, чем другой (в данном случае ключ 1 нагружен больше). То же происходит и при коммутации ключей 2 и 3.

5

Предположим теперь, что ключ 13 замкнут. В этом случае большая часть потерь выделяется на ключе 1, который отпирается первым. Наоборот, потери Р5, выделяются в основном

0 на ключе 4, запирающемся последним.

и РВ(,(;Л соотношеВеличина Р

вкл

ние между ними мало и зависит от - состояния ключа 13. Поэтому при замкнутом состоянии ключа 13 ключ 1

5 инвертора нагружен динамическими потерями меньше, чем ключ 4.

Таким образом, в зависимости от состояния ключа 13 большая часть динамических потерь выделяется то на одном, то на другом из двух клю0чей/ работающих в одном такте.

Для эффективной работы устройства необходимо, чтобы время замкнутого i3 и разомкнутого ip состояния ключа 13 было

5

Jtpi(3-5)r ,

где f - рабочая частота инвертора,

Гц; f - постоянная времени нагрева

транзисторного ключа, с.. Поскольку при высоких частотах преобразования динамические потери являются основной составляющей потерь в транзисторном ключе, определяющей его нагрев и надежность, то периодическое перераспределение потерь обеспечивает.равномерный нагрев ключей меньший, чем в схеме прототипа. Это дает возможность повысить допустимую мощность инвертора, что повышает КПД устройства. ,