Двухтактный инвертор Советский патент 1984 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления мощных ключевых усилителей в системах электропитания устройств автоматики и вычислительной техники.

Известен двухтактный преобразователь напряжения, Содержащий силовые ключи, соединенные по двухтактной схеме, и задающий генератор с трансформаторным выходом, выполненный на мультивибраторе, содержащем времязадагощий узел, выходы которого связаны с двумя ключевыми элементами мультивибратора 1J. .

Однако к транзисторам Мультивибратора прикладывается удвоенное напряжение питания, так как к выходу мультивибратора подключена обмотка трансформатора со средним выводом. При этом необходимо симметрировать первичные полуобмотки трансформатора, а это снижает технологичность изготовления. .

Известен двухтактный преобразователь напряжения, содержащий силовые ключи инвертора, соединенные по двухтактной схеме, задающий генератор с трансформаторным выходом, через цепь синхронизации связанный с ждущим мультивибратором, времяза- дающий узел которого связан с усилителем постоянного тока (усилителем сигнала- рассогласования) к выходу ждущего мультивибратора подключен однотактный усилитель мощности с трансформаторным выходом, связанный с управляющими входами силовых ключей инвертора L2.

Недостаток такого устройства сложнос ь схемы управления .из-за необходимости применения цепи синхронизации,, ждущего мультивибратора и однотактного усилителя мощности с трансформаторным выходом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухтактный инвертор, содержащий узел управления с компаратором, мостовой ключевой усилитель мощности, плечи которого выполнены на транзисторах разного типа проводимости, причем первый входной вывод преобразователя подключен к объединенным эмиттерам транзисторов одного типа проводимости плеча, базоэмиттерные: переходы которых шунтированы резисторами, коллекторэмиттерные - дио-ами, а rfx базы черезрезисторы подключены к коллекторам нижнего плеча, эмиттеры которых объединены и подключены к второму входному выводу, при этом первичная обмотка выходного трансформатора подключена к коллекторам транзисторов верхнего плеча, а узел управления содержит генератор парафазных импульсов, выполненный на коммутирующем трансформаторе и ключевых транзисторах, и генератор пилообразного напряжения, подключенный к входу компаратора 3j.

Недостаток известного устройства - сложность схемы управления и наличие в его составе трансформатора, что затрудняет миниатюризацию узла управления. Наличие этих элементов снижает надежность и КПД устройства с целом.

Цель изобретения - упрощение устройства с одновременным повышением надежности и КИЦ.

Поставленлая цель достигается тем, что в двухтактном инверторе, содержащем узел управления компаратором, мостовой ключевой усилител мощности, плечи которого вьтолнены на транзисторах разного типа проводимости, причем первый входной выво преобразователя подключен к объединенным эмиттерам транзисторов одного типа проводимости верхнего плеча базоэмиттерные переходы которых шунтированы резисторами, коллекторэмиттерные переходы шунтированы диодами, а их.базы через резисторы подключены и коллекторам транзисторов противоположного нижнего плеча, эмиттеры которых объединены и подключены к второму входному выводу, при этом первичная обмотка выходног трансформатора подключена к коллекторам транзисторов верхнего плеча, узел управления выполнен по схеме автоколебательного мультивибратора с времязадающими дифференцирующими цепями на транзисторах нижнего плеча, при этом базы последних через введенный согласующий трехполюсник подключены к первому входу компаратора, выход которого через дополнительные резисторы подключен к базам транзисторов верхнего плеча, а его второй вход - к выходу узла регулирования выходного напряжения, причем коллекторы транзисторов в плечах соединены между собой через токоограничительные рлементы.

На фиг. 1 приведена электрическа схема двухтактного преобразователя, на фиг. .2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит мостовой ключевой усилитель мощности, выполненный на транзисторах разного типа проводимости. Эмиттеры транзисторов 1 и 2 верхнего плеча р-пгГроводимости объединены и подключены к первому входному выводу 3. Базоэмиттерные переходы этих транзисторов шунтированы резисторами 4 и 5, их коллекторэмиттерные переходы - диодами 6 и 7,а базы через резисторы 8 и 9 подключены к коллекторам транзисторов 10, 11 п-р -проводимости противоположного нижнего плеча, эмиттеры которых объединены и подключены к второму входному выводу 12. Узел управления выполнен по схеме автоколебательного мультивибратора 13 с времязадающими диффе ренцирукяцими цепями 14, состоящими из времязадающих конденсаторов 15 и 16, разделительных диодов 17 и 18, на транзисторах нижнего плеча, причем базы последних через согласующий трехполюсник 19, например, на резисторах 20 и 21 подключены к пер вому входу компаратора 22, выход ко торого через резисторы 23 vi 24 соединен с базами транзисторов верхнего плеча. Коллекторы транзисторов соединены между собой через токоограничительные элементы 25 и 26. Между коллекторами верхнего плеча включена первичная обмотка трансфор матора 27. Второй вход компаратора подключен к выходу узла 28 регулирования выходного напряжения. На фиг. 2 показаны диаграммы напряжений в точках 29-36 относительно входного вывода 12. Преобразователь работает следующим образом. В установившемся режиме транзисторы 10 и 11 мультивибратора 13 поочередно отпираются, при этом на коллекторах транзисторов формиру- ются две последовательности сдвинутых на полпериода импульсов. На фиг. 2а показано напряжение в точке 29 на коллекторе транзистора 10. Напряжение на базах транзисторов 10 и It (в точках 10, 31) имеет форму, близкую к пилообразной с пау зой в полпериода (фиг. 26,в). При этом напряжение в точке 32 соединения резисторов 20 и 21 имеет пилообразную форму без паузы, которое сравнивается с напряжением на входе узла 28 регулирования (в точке 23) усилителя, в результате чего на выходе (в точке 34) компаратора 22 формируется ШИМ-сигнал (фиг. 2д). Так как управляющие входы ключевых элементов (базы транзисторов) 1 и 2 связаны через резисторы как с выходами мультивибратора 13 (т.е. коллекторами транзисторов 10 и 11), та ,и с выходом компаратора 22, то кажд из ключевых транзисторов 1 и 2 будет открыт при нулевом напряжении или на соответствующем выходе мультивибратора, или на выходе компаратора (диаграммы напряжений в точках 35-36 соединения ключевых транзисторов 1 и 2 с концами первичной обмотки управляющего трансформатора 27 показаны на фиг. 2е и ж). При этом напряжение между концами первичной обмотки трансформатора 27 имеет паузу в нуле в интервале времени, когда открыты ключевые элементы 1 и 2. Длительность этой паузы изменяется при изменении напряжения на узле 28 регулирования. Токоограничительные элементы 25 и 26 Выполняют функции защиты от сквозных токов и одновременно ограничителя тока базы транзисторов мощного усилителя мощности в случае использования предлагаемого преобразователя для его управления. Изобретение значительно упрощает схемное решение путем совмещения функций генератора парафазных импульсов, генератора пилообразного напряжения и усилителя мощности в одном узле, а также за счет-применения только одного трансформатора с одной первичной обмоткой для управления силовыми транзистора-ми мощного инвертора, что повышает массогабаритные показатели преобразователя и уменьшает трудоемкость его изготовления; расширяет диапазон регулирования выходной мощности, так как позволяет изменять длительность импульса управления транзисторами инвертора от нуля до половины периода, повышает КП.Ц и надежность преобразователя за счет уменьшения мощности, выделяемой в транзисторах инвертора при их переключении и уменьшения мощности, выделяемой в мостовом усилителе путем увеличения прикладываемого к нему напряжения, повышает надежность, так как осуществляется защита мостового усилителя мощности от выхода из строя ключевых элементов при срыве генерации мультивибратора, кроме того, исключается возможность подмагничивания управляющего трансформатора в результате применения мостовой схемы включения. U

Фиг.1 U

ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий узел управления компаратором, мостовой ключевой усилитель мощности, выполненный на транзисторах разного типа проводимости, причем первый входной вывод преобразователя подключен к объединенным . эмиттерам транзисторов одного типа проводимости верхнего плеча, базоэмиттерные переходы которых шунтированы резисторами, коллекторэмиттерные переходы шунтирова.ны диодами, а их базы через резисторы подключены к коллекторам транзисторов противоположного нижнего плеча, эмиттеры которых объединены и подключены к второму входному выходу, при этом первичная обмотка выходного трансформатора подключена к коллекторам транзисторов верхнего плеча, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и КПД, узел управления выполнен по схеме автоколебательного мультивибратора с времязадающими дифференцирующими цепями на транзисторах нижнего плеча, при этом базы последних через введенный согласующий трехполюсник подключены к пер- § вому входу компаратора, выход кото(Л рого через дополнительные резисторы подключен к базам транзисторов верхнего плеча, а его второй вход к выходу узла регулирования выходного напряжения, причем коллекторы транзисторов в плечах соединены между собой через токоограничительные элементы. со : з: L(