Устройство для управления транзисторным инвертором Советский патент 1984 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при преобразовании постоянного напряжения в переменное, в частности, в транзисторных инверторах напряжения с регулируемой выходной мощностью методом широтно-импульсной модуляции.

Известно устройство для управления транзисторным инвертором, содержащее импульсный усилитель мощности с дополнительными гасящими цепями, вырабатывающее переменное напряжение в виде разнополярных импульсов одинаковой длительности и амплитуды с определенной паузой между ними Cl

Однако это устройство не обеспечивает напряжение отрицательного смещения на базе силовых транзисторов инвертора в момент перехода последних из состояния проводимости в запертое состояние, что приводит к увеличению коммутационных потерь в силовых транзисторах, уменьшению надежности и КПД инвертора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство,содержащее два генератора прямоугольных импульсов, на выходе каждого из которых подключена первичная обмотка трансформатора, фазосдвигающий узел, включенный между входом запуска одного и выходом другого генератора, формирователи импульсов управления силовыми транзисторами, каждый из которых содержит балластный резистор и по одной вторичной обмотке соответствующих трансформаторов 2.

Недостатками известного устройств являются большие потери мощности на управление и низкая надежность.

Это определяется тем, что при совпадении полярностей -импульсов напряжений на вторичных обмотках в противоположном направлении к базазмиттерйому переходу силового транзистора прикладывается напряжение обратного смещения, равное приблизительно удвоенному значению напряжения вторичной обмотки одного из трансформаторов. В течение времени, при котором выходные напряжения генераторов имеют разную полярность через балластный резистор протекает ток, примерно равный половине тока базы силового транзистора.

Ступенчатое увеличение напряжения обратного смещения на входе силового транзистора ограничивает амплитуду запирающего напряжения при переходе силового транзистора из проводящего состояния в запертое,

что приводит к увеличению времени запирания транзистора и, в результате, к увеличению коммутационных потерь.

Наличие тока в балластном резисторе при запертом силовом транзисторе приводит к увеличению мощности управления.

Целью изобретения является уменьшение мощности управления транзисторного инвертора и повышение надежности путем уменьшения коммутационных потерь в силовых транзисторах.

Поставленная цель достигается .тем, что устройство для управления транзисторным инвертором, содержащее два генератора прямоугольных импульсов, на выходе каждого из которых включена первичная обмотка

5 трансформатора, фазосдвигающий узел, включенный между входом запуска одного и выходом другого генератора, формирователи импульсов управления силовыми транзисторами, каждый из которых содержит токозадающий резистор и по одной вторичной обмотке соответствукндих трансформаторов, снабжено в каждом формирователе импульсов токозадающим резистором, двумя дополнительными вторичными обмотками разных трансформаторов и двумя дополнительными транзисторами, змиттеры которых соединены с токозадающими резисторами, а коллекторы с эмиттером силового транзистора, база которого соединена с вторичными обмотками разных трансформаторов, другие концы этих обмоток соединены с базами дополнительных транзисторов и началами других дополнительных вторичных обмоток тех же трансформаторов, а свободные концы этих обмоток соединены с другими вторичными обмотками других трансформаторов, соединенных свободными концами с токозадающими резисторами.

На фиг.1 представлена электрическая схема устройства управления транзисторным инвертором; на фиг.2 диаграммы, поясняющие его работу. 55 Устройство управления (схема которого обведена пунктиром) содержит генераторы 1 и 2 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 3, подключенный между генераторами, трансформаторы 4 и 5, первичная обмотка каждого из которых подключена к выходу соответствующего генератора, два формирователя импульсов управления силовыми транзисторами 6 и 7 инвертора, подключенных к выходу последних Указанные формирователи включают в себя транзисторы 8-11, эмиттеры каждого из которых соединены с токозадающими резисторами 12-15 соответственно, и вторичные обмотки 4а, 46, 4в, 4г, 4д, 4е трансформатора 4 и 5а, 56, 5в, 5г, 5д, 5е трансформатора 5. Вторичные обмотки разны трансформаторов с одинаковыми буквен ными индексами соединены последовательно. Пары последовательно соедине ных обмоток 4а-5а, 4б-5б, 4г-5г, 4д-5д подключены к базам транзисторов 8-11 и к свободным выводам токозадающих резисторрв 12-15 соответст венно. Последовательно соединенные обмотки 4в-5в подключены к базам транзисторов 8 и 9, а точка их посл довательного соединения подключена к базе транзистора 6, эмиттер котор соединен с коллекторами указанных транзисторов. Аналогичным образом последовательно соединенные обмотки 4е-5е подключены к базам транзисторов 10 и 11, а точка их последовательного соединения подключена к ба зе силового транзистора 7, эмиттер которого соединен с коллекторами указанных транзисторов. Транзисторы 8-11 в сочетании с токозадающими резисторами 12-15 образуют генераторы тока, управляем суммарным напряжением последовательн включенных обмоток 4а-5а, 4б-5б, 4г-5г, 4д-5д. Это суммарное напряжение представляет собой последовательность импульсов напряжения разн полярности, одинаковой амплитуды и длительности с паузой между ними; Длительность импульсов и пауза межд ними зависят от угла фазового сдвиг выходных напряжений генераторов 1 и 2,задаваемого фазосдвигающим уг лом 3. Обмотки 4в-5в, и 4е-5е образуют источники коллекторного питани а б-аза-эмиттерные переходы силовых транзисторов 6,7-коллекторные нагру ки генераторов тока. В течение времени, когда к базам и коллекторам транзисторов 8 и 9 или tO и 11 приложены напряжения положительной пол ности, через базу силового транзистора 6 или 7 протекает импульс тока, вырабатываемого соответствующими генераторами токов. В течение промежут-. ка времени, когда полярности указанных напряжений имеют отрицательный знак или полярности напряжений вторичных обмоток разных трансформаторов не совпадают, ток через базу силового транзистора прекращается и к база-эмиттерному переходу последнего приклада1вается напряжение отрицательного смещения, вырабатываемое o6MOTKaN&i 4в-5в, 4е-5е. При фазировке вторичных обмоток, указанных на схеме при помощи точек, обозначающих начала обмоток, импульсы тока через базы и напряжения на ба-. за-эмиттерньК переходах разных силовых транзисторов сдвинуты на половину периода выходных напряжений генераторов. Применение дополнительных транзисторов в сочетании с токозадающими резисторами в цепи эмиттера в качестве генераторов тока, управляемых суммарным напряжением двух последовательно включенных вторичных обмоток разных трансформаторов, позволяет уменьшить мощность управления силовыми транзисторами инвертора, так как генераторы прямоугольных импульсов напряжения развивают мощность только в течение времени протекания базового тока силовых транзисторов. На фиг.2а и 26 приведены временные диаграммы изменения напряжений на первичных обмотках разных трансформаторов за половину периода в предлагаемом и в известном устройствах. На фиг.2в приведена диаграмма изменения тока через первичные обмотки трансформаторов в предлагаемом устройстве, на фиг.2г, 2е - в известном. Индексы при буквенных обозначениях перечисленных параметров соответствуют номерам трансформаторов на фиг.1. Суммарная мощность, развиваемая обоими генераторами для управ- . ления силовым транзистором в предлагаемом устройстве в соответствии с диаграммами 2а, 26,2в, определяется Р-2UJ{f-2C-f ), где и- амплитуда напряжения на первичных обмотках обоих трансформаторовJ j - амплитуда тока через них; f - частота; f -минимальная временная задержка выходных напряжений, необходимая для полного запирания силового транзистора. 51 Та же мощность в известном устройств с диаграммами на в соответствии фиг.2а, 26. 2г и 2е составляет следовательно, в предлагаемом устройстве мощность управления силовым транзистором по отношению к известному меньше на t 100%i (в процентах) . При использовании в инверторе транзисторов большой мощности соседней частоты Т (4-i-5) мкс и при кГц - 25%. Коммутационные потери, определяемые как мощность, рассеиваемые в си ловом транзисторе инвертора при переходе его из состояния проводимости в закрытое состояние, и наоборот, зависят от продолжительности этих процессов. Коммутационные поте ри при запирании на порядок превосходят коммутационные потери при включении. Принудительное запирание путем приложения к база-эмиттерному переходу напряжения обратного смещения в момент перехода силового транзистора из состояния проводимос1ти в закрытое состояние приводит к уменьшению времени запирания и, следовательно, уменьшению коммутацйганных потерь, повышению надежности. На фиг.2.ж,2з приведены диаграммы изменения напряжения база-змиттер силового транзистора в схеме предлагаемого и известного устройств соответственно. Из зтих диаграмм следует, что в схеме предлагаемого устройства значение запирающего напряжения в момент перехода силового транзистора от состояния проводимости в закрытое состояние в два раза превосходит значение этого же напряжения в схеме известного устройства. В результате время запирания в схеме предлагаемого устройства несколько меньше, порядка 1 МКС при использовании транзисторов большой мощности средней частоты с максимально допустимым обратным напряжением на базу 4В, что приводит к уменьшению коммутационных . потерь в силовых транзисторах и инвертора независимо от характера нагрузки самого инвертора. ,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ,содержащее два генераторапрямоугольных импульсов, на выходе каждого включена первичная обмотка трансформатора, фазосдвигающий узел, включенный между входом запуска одного и выходом другого генератора, формирователи импульсов управления силовыми транзисторами, каждый из которых содержит токозадающий резистор и по одной вторичной обмотке соответствукицих трансформаторов, отяичающеес.я тем, что, с целью уменьшения мощности управления транзисторным инвертором и повьшения надежности устройства путем уменьшения коммутационных потерь в силовых транзисторах, оно снабжено в каждом формирователе импульсов двумя дополнительными вторичными обмотками разных трансформаторов, токозадающим резистором и двумя дополнительными транзисторами, эмиттеры которых соединены с токозадающими резисторами, a коллекторы - с эмиттером силового транзистора, база которого соединена с началами двух дополнительных вторичных обмоток V kn разных трансформаторов, концы которых соединены с базами дополнительных транзисторов и началами других дополнительных вторичных обмоток § тех же трансформаторов, a концы этих обмоток соединены с началами других вторичных обмоток других трансформаторов, и концы последних со подключены к свободным выводам О5 токозадакицих резисторов. СП

4

I

7

Рм. /

П

хгия

П-/Л-Л.

л

-п

LJ L.

rt

Фиг. 2