Транзисторный инвертор Советский патент 1985 года по МПК H02M7/538 

1 Изобретение относится к преобразовательной тезсИике, в частности к силовьм схемам транзисторных инверторов. Известны транзисторные однофазные инверторы по схеме с вьшеденньм нулем трансформатора, с прямоугольным выходньм напряжением или работающие на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с синусоидальн№ выходньм напряжением, в которых с целью уменьшения мощности потерь включают цепи передачи энергии, накопленной в индуктивностях рассеяния трансформатора, либо в источник QJ, либо в .нагрузку 2 При низких частотах выходного напряжения эти схемы не обеспечивают достаточные функциональные возможности: имеют низкий КВД и сложны. Известна схема транзисторного инвертора, состоящая из трансформатора со средним выводом из первич ной обмотки и двух плеч, подключенных к полуобмоткам трансформатора. Каждое плечо содержит последовательно соединенные обмотку двухобмоточного дросселя и транзистор, причем транзистор зашунтирован обратным диодом, а плечо-конденсаторо Между средним выводом и точкой соединения эмиттеров транзисторов вклю чен источник питания, а к вторичной обмотке трансформатора подключена нагрузка инвертора Применение двухобмоточного дросселя позволяет передавать энергию, накопленную в индуктивностях рассеяния трансформатора, из одной обмотки дросселя в другу и возвращать в источник. Однако проблема решена не полностью - теряется энергия, накоплен ная в индуктивностях рассеяния дросселя, что снижает КПД инвертора. Наиболее блнзкго к изобретению является транзисторньй инвертор, со держащий силовые транзисторы, одни из силовых электродов которых присоединены к концам первичной обмотки выходного трансформатора н к одним из вьшодов диодов выпрямителя другие выводы которых объединены и подсоединены к LС-фильтру, один из выводов дросселя которого подсо дияен fc одному из силовых электрр 5 . 2 дов управляемого ключа, причем средняя точка первичной обмотки выходного трансформатора подключена к первому входному выводу и к одной из обкладок конденсатора LC-фильтра 4. Известный инвертор обладает низкими массогабаритными показателями, низкими КГЩ и надежностью,последнее обусловлено тем, что заряд конденсатора LС -фильтра осуществляется через дроссель, что приводит к возникновению в моменты коммутации дополнительных перенапряжений на силовых транзисторах 1 и 2, кроме того, для обеспечения рекуперации энергии в источник в известном решении необходим двухобмоточньм трансформатор, работающий в режиме пepe aгничивяния первичной обмотки ,что приводит к возникновению дополнительных потерь и к ухудшению массогабаритных показателей. Вследствие того, что в момент заряда конденсатора зарядным током на дросселе индуцируется напряжение, плюсом приложенное к базе ключевого транзистора,переход эмиттер-база это: го транзистора должен работать в режиме обратного пробоя,что резко снижает надежность всего устройства. Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей, повышение КПД и надежности. ,.: ,. Поставленная цель достигается тем, что в транзисторном инверторе, содержащем силовые транзисторы , одни из силовых электродов которых присоединены к концам обмоток выходного трансформатора и к одним из вьшодов диодов выпрямителя, другие вьшоды которых объединены и подсоединены к 1д С -фильтру, один из вьшодов дросселя которого подсоединен к одному из силовых электродов управляемого ключа, причем средняя точка упомянутой обмотки выходного трансформатора подключена к первому вхрднсму вьгооду и к одной из обкладок конденсатора L.C -фильтра, вторая обкладка конденсатора подсоединена к общей точке диодов упомянутого выпрямителя и к другому силовому электроду ключа, вход которого подключен к.входу для подсоединения блока управления, причем один из выводов дросселя соединен с

другим входным выводом через введенный диод.

На фиг,1 представлена схема транзисторного инвертора на фиг,2 временные диаграмт-№1 его работы.

К вторичной обмотке трансформатора 1, средняя точка которой подключена к первому входному выводу, подключены силовые транзисторы 2 и 3 и диоды 4 и 5, включенные по схеме вьтрямителя с нулевым выводом обмотки трансформатора. На выходе выпрямителя включен конденсатор 5 1с-фильтра, параллельно которому подключена последовательная цепь из управляемого ключа, выполненного в виде транзистора 7 и дросселя 8. Точка соединения последних через диод 9 связана с эмиттерами силовых транзисторов 2 и 3 и другим входным вьюодоМ для подключения источника питания 10, При чтом силовые транзисторы эашунтированы обратными диодами 11 и 12.

Суть схемы инвертора заключается в том, что в нем имеется специальный канал рекуперации в источник энергии, накопленной в индуктивностях рассеяния трансформатора

Устройство работает следующим образом.

При запираний силового транзистора 2 (3) отпирается диод 4 (5) и ток полуобмотки, протекая через конденса;тор 6, заряжает его. При этом происходит передача энергии из индуктивности рассеяния полуобмотки к конденсатору 6. Если открыть транзистор 7, то конденсатор частично разрядится на дроссель 8, в результате чего в последнем накопится энергия. При запирании транзистора 7 указанная энергия по цепи, состоящей из дросселя 8, диода 9 и источника 10, возвращается в источник. В схеме обратные диоды 11 и 12 также выполняют рекуперационную функцию, однако их роль намного скромнее действия рекуперационного канала на элементах 4-9. Выбором соответствующего угла проводимости транзистора 7 можно получить требуемый энергетический режим, а точнее требуемое соотношение напряжений источника и конденсатора. Более того, угол проводимости 7 можно сделать зависимым от про цессов в схемке, что позволяет регу156225 4

лировать напряжение конденсатора, зто достигается выбором режима работы блока уттравления которьш выполняет функцию системы автоматического регулирования, так как в соответствии с расчетным режимом работы силовой схемы инвертора напряжение на верхней обкладке конденсатора 6 должно равняться удвоенному значению напряжения источника питания 10. Скважность импульсов, управляющих работой транзистора 7, должна при этом равняться 2.

Если в силу каких-либо причин

t5 (например, наброс или сброс нагрузки, изменение напряжения источника питания и т.д.) соотношение напряжения источника питания 10 и напряжения на верхней обкладке конденсатора 6 изменится, то система автоматического регулирования должна скорректировать скважность управляющих импульсов так, чтобы восстановить заданное соотношение напряжений.

Если выходное синусоидальное Напряжение формируется посредством двухпозиционной ИИМ, -то в схеме можно реализовать два алгоритма .пеQ реключений силовых транзисторов: в первой части такта (периода несущей частоты) проводит транзистор, а на остатке - соответствзпощий диод выпрямителя или наоборот транзисторы проводят попеременно.

На фиг.2а показан принцип формирования импульсов ШИМ, управляющих работой транзисторов 2 и 3 инвертора, а на фиг.25 - принцип формирования импульсов, управляющих работой транзистора 7 канала рекуперации.

Значение UQJ, пропорционально напряжению на верхней обкладке конденсатора 6. На фиг. 26 и 2 изображена последовательность импульсов , подаваемых на базы транзисторов 2 и 3 в случае реализации второго алгоритма переключения силовых транзисторов.

Первый алгоритм переключений подразумевает, что при формировании положительной полуволны синусоидального напряжения управляющие импульсы подаются только на базу транзистора 2, транзистор 3 при этом заперт. При формировании

отрицательной полуволны синусоидального напряжения переключается только транзистор 3, транзистор 2 заперт. Процесс переключения, например, транзистора 2 протекает следующим образом. Когда транзистор 2- открыт, ток проходит по цепи: источник питания 10 - левая полуобмотка трансформатора 1 - транзистор 2 источник питания 10.

При запирании транзистора 2 ток проходит по цепи: средняя точка трансформатора 1 - левая полуобмотка трансформатора 1 .диод 4 - конденсатор 6 - средняя точка трансформатора 1.

.Применение предлагаемой схемы инвертора позволяет улучшить массогабаритные показатели, повысить КПД и надежность. ГП П

фаг. 2 Г

ТРАНЗИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий силовые транзисторы, управляемые от блока управления,одни из силовых электродов которых присоединены к концам обмотки выходного т Е ансформатора и к одним 4А из выводов диодов выпрямителя,другие вьшоды которых объединены и подсое- динены к LC -фильтру, один из вы- водов дросселя которого подсоединен к одному из силовых электродов управляемого ключа, причем средняя точка упомянутой обмотки выходного трансформатора подключена к первому входному вьшоду и к одной из обкладок конденсатора LC -фильтра, о т лйчающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, повышения КЦЦ и надежности, вторая обкладка конденсатора подсоединена к общей точке диодов упомянутого выпрямителя и к другому силовому электроду ключа, вход ко(Л Topoio подклю.чен к входу для под соединения блока управления, причем один из выводов дросселя соединен с другим входным выводом через введенный диод. rvVv. л