Инвертор Советский патент 1988 года по МПК H02M7/5395 

фффф а5 8z

СЛ

со со

05 ГчЭ

го

СЛ

N)

ФигЛ

Изобретение относится к улектротехиике и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей инвертора и повышает его надежности путем обеспечения регулировки выходной величины и ограничения тока перегрузки.

На фиг. 1 приведена схема инвертора;

го транзисторного усилителя с трансформаторным выходом.

И1мпульсное устройство 15 управления содер.жит низковольтный источник питания, полупроводниковый многокаскадный усилитель, транзисторы выходного каскада которого работают в классе «Д с широтно- импульсным регулированием выходных одно- полярных импульсов напряжения в зависимости от величинь выходного напряжения

на фиг. 2 - временные диаграммы то- 10 трансформатора 5. Частота работы устройст- ков и напряжений.ва 15 управления равна или кратна выИнвертор (фиг. 1) содержит силовые ходной частоте инвертора и синхронизирована с тора 1

транзисторные ключи 1-4, соединенные по мостовой схеме, цепь из последовательно соединенных первичной обмотки силового

ним с помощью нуль-синхронизаДатчик 16 напряжения (эффективного

трансформатора 5 и нелинейного дросселя 6 или среднего значения) может быть построен

с совмеп 1,енными обмотками, линейный дроссель 7 и коммутирующий конденсатор 8, подключенные параллельно цепи из элементов 5 и 6, инвертор подключен к перпо известной схеме выпрямительный мост - функциональный преобразователь - фильтр- резистивный делитель.

Инвертор (фиг. 1) работает следующим вичному источнику 9 нитания, на выходе 20 образом.

инвертора включена нагрузка 10. Инвер-При включении инвертора предположим,

тор содержит также нуль-синхронизатор 11,что устройство 15 управления вык тючено.

I входом подсоединенный к вторичной обмотке Ток управления через совмещенные обмотки i линейного дросселя 7, первым выходом - к нелинейного дросселя 6 равен нулю. Магни- : входу блока 12 управления, состоящего из топроводы размагничены, и дроссель 6 име- задающего генератора 13 и оконечного кас- ет максимальное индуктивное сопротивление, : када 14 усиления и распределения сигна-так что напряжение выходной диагонали

I лов управления транзисторными ключами 1-4, импульсное устройство 15 управления, подключенное первым входом к второму выходу нуль-синхронизатора 11, а вторым входом - к выходу датчика 16 напряже- ния, подсоединенного к выходной обмотке трансформатора 5, блокирующий диод 17, катодом подключенный к плюсовой клемме устройства 15 и к первой управляющей клемме нелинейного дросселя 6, а ано- , ния под воздействием нуль-синхронизатора дом - к минусовой клемме устройства11 и датчика 16 на цепь управления

15 и к второй управляющей клемме дрос-дросселя 6 подаются импульсы напряжения

определенной длительности, синхронизированные с моментом окончания перезарядки

моста ключей 1-4 падает на обмотках дросселя 6. Инвертор работает в режиме холостого хода, поскольку напряжение на первичной обмотке трансформатора 5 равно нулю (ток намагничивания дросселя 6 несоизмеримо мал по сравнению с приведенным к первичной обмотке трансформатора 5 током нагрузки).

При включении устройства 15 управлеконденсатора 8 (фиг. 2 д, е, ж, при t

селя 6.

Нелинейный дроссель 6 (фиг. 1) выполнен на двух магнитопроводах, на каждом из которых размещены по две оди- 40 1з), когда ток через первичную обмотку наковые по числу витков обмотки, соеди- трансформатора 5 и дросселя 6 практически равен нулю. Через обмотки дросселя 6 протекает ток управления, среднее

ненные между собой в параллельную цепь из двух ветвей с перекрестным последовательно-встречным соединением обзначение которого представлено на фиг. 2 е моток, расположенных на разных магни-пунктиром, а форма переменной составляю - - щей этого тока изображена сплощной линией. При этом составляющая тока управления, потребляемая от устройства 15, характеризуется заштрихованным участком кривой, а незащтрихованная область в течение периода характеризует ток, протекающий через блокирующий диод 17.

Допустим, что в исходном состоянии до момента на управляющие входы а, г ключей 1 и 4 (фиг. 1) подаются управляющие импульсы U.i.r (фиг. 2 а) и ключи 1, 4 открыты, по ним протекает ток ) , равный сумме токов Ь линейного дросселя 7 и Is выходного трансформатора 5 (фиг. 2 в, г). Конденсатор 8

топроводах.

Магнитопровод линейного дросселя 7 может быть изготовлен из мо-пермаллоя или из электротехнической стали и феррита с диамагнитным зазором.

Нуль-синхронизатор 11 может быть Q построен, например, по схеме дифференцирующая цепочка - усилитель - два логических элемента с прямым и инверсным входами.

В состав .задающего генератора 13 могут входить, например, генератор однополярных 55 импульсов, триггер, логические элементы.

Оконечный каскад 14 может быть выполнен но известной схеме многоканального транзисторного усилителя с трансформаторным выходом.

И1мпульсное устройство 15 управления содер.жит низковольтный источник питания, полупроводниковый многокаскадный усилитель, транзисторы выходного каскада которого работают в классе «Д с широтно- импульсным регулированием выходных одно- полярных импульсов напряжения в зависимости от величинь выходного напряжения

частоте инвертора и синхронизироним с помощью нуль-синхронизаДатчик 16 напряжения (эффективного

среднего значения) может быть построен

Ток управления через совмещенные обмотки нелинейного дросселя 6 равен нулю. Магни- топроводы размагничены, и дроссель 6 име- ет максимальное индуктивное сопротивление, так что напряжение выходной диагонали

ния под воздействием нуль-синхронизатора 11 и датчика 16 на цепь управления

моста ключей 1-4 падает на обмотках дросселя 6. Инвертор работает в режиме холостого хода, поскольку напряжение на первичной обмотке трансформатора 5 равно нулю (ток намагничивания дросселя 6 несоизмеримо мал по сравнению с приведенным к первичной обмотке трансформатора 5 током нагрузки).

При включении устройства 15 управлеопределенной длительности, синхронизированные с моментом окончания перезарядки

конденсатора 8 (фиг. 2 д, е, ж, при t

1з), когда ток через первичную обмотку трансформатора 5 и дросселя 6 практически равен нулю. Через обмотки дросселя 6 протекает ток управления, среднее

заряжен до напряжения источника 9 (полярность на фиг. 1 без скобок; фиг. 2 ж), дроссель б насыщен (фиг. 2 и) и к первичной обмотке трансформатора 5 приложено напряжение источника 9 (фиг. 2 з).

В момент t ti управляющие и.мпульсы Ua,r с транзисторов 1 и 4 снимаются и они запираются (фиг. 2 а, в).

В интервале t| t t:i« происходит перезарядка конденсатора 8 через лье паралмо.мепт с ус ::оГ;ст1,и 1о управления Ч)сг пает yiipaB. i iKiiiiiMi сигна; на дросчч-.Н) при МИН .:, значении тока (тока ;iv- ремагн1;ч1. I через обмотки (ij)ni . 2 е, за1Птр :хов;11П;Ы11 участок).

В интервале t,i t s (4 нроис.ходпт пе- ремагничивание дросселя 6, в результате чего индуктивность его .максимальна и все напряжение вы.ходной диагонали инвертора

,г-- -- --г- - --Г-- -- ..-г-.-падает на нем, а на первичной обмотке

лельные цепи; первичная обмогка трансфор- трансформатора 5 напряжение равно нулю матора 5 - дроссель 6; первичная обмотка(фиг. 2 з, и).

Перемагничивание дросселя 6 оканчивается в момент 1 14, его индуктивность и падение напряжения на обмотках умень- 5 щаются .до нуля (фиг. 2 и), а ток через транзисторы 2 и 3 и напряжение на трансформаторе 5 скачкообразно увеличиваются (фиг. 2 в, з).

При запирании транзисторов 2 и 3 происходят процессы, аналогичные описанным.

дросселя 7. Ток конденсатора 8 уменьшается по величине и равен сумме токов двух указанных цепей. Напряжение на транзисторах 1 и 4 возрастает с момента сиа- дания протекающего тока и напряжения на конденсаторе 8.

Емкость конденсатора 8 выбирается ис ходя из условия обеспечения безопасной траектории переключения транзисторов 1-4.

В момент t t2 напряжение на конденсаторе 8, на первичной обмотке трансформатора 5 и ток в цепи элементов 5 и 6 становятся равными нулю (фиг. 2 в, ж, з), а намагничивающий ток дросселя 7 про20 Интервал времени перемагничивания нелинейного дросселя 6, когда он оказывает регулирующее действие, например, фи t2 t 14 (по фиг. л, и), определяется величиной среднего значения тока управдолжает протекать в том же направлении, 25 регулируемого источником 15 управуменьщаясь по величине и перезаряжая конденсатор 8 в обратной полярности (фиг. 2 г, д, ж ). В интервале Ь t 1.з соблюдается равенство токов 18 Ь.

По мере возрастания напряжения отриления в зависимости от величины напряжения на вторичной обмотке трансформатора 5. На фиг. 2 показаны также диаграммы, когда интервал времени неремагничивания дросселя 6 при t 1 tin достигает пракцательн ой полярности на конденсаторе 8 30 тически наибольп1его значения, прибли(указано в скобах на фиг. 1) напряжение на дросселе 6 увеличивается, поскольку он размагничивается и имеет большое индуктивное сопротивление (фиг. 2и). Ток первичной обмотки трансформатора 5 определяется током перемагничивания дросселя 6 и имеет минимальную величину (фиг. 2 е). Ток управления у также имеет малую величину (фиг. 2 е).

В момент 1 1з конденсатор 8 пережаясь к времени полупериода переменного напряжения инвертора.

При увеличении тока нагрузки 10 падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора 5, дросселя 6 уве- 35 личивается, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора и на выходе датчика 16 несколько уменьшается. Вследствие обратной зависимости между величиной входного сигнала и шириной выходного имзаряжается до величины напряжения источ- . пульса напряжения устройства 15 ток управ- ника 9 (на фиг. 1 полярность в скоб- ления дросселя 6 несколько уменьшается, фиг. 2 ж), обратные дкоды ключей

Интервал ненасыщенного состояния и среднее значение падения напряжения на обмотках дросселя 6 также уменьшаются, а на трансформаторе 5 напряжение увеличиваетках;

2 и 3 открываются и энергия, накопленная в дросселе 7, передается в источник 9. Ток через конденсатор прерывается (фиг. 2(9). В этот же момент перемен- 45 вновь до номинального значения (с не- ный сигнал, сни.маемый с вторичной обмот-которой погрешностью). Процесс стабилизации выходного напряжения трансформатора 5 продолжается до тех пор, покя ток перегрузки не достигнет допустимой величины. С этого момента устройство 15 управлеки дросселя 7, поступает на нуль-синхронизатор 11, где преобразуется и поступает на входы оконечного каскада 14 и устройства 15 управлен-ия. На другой вход каскада 14 поступает сигнал с задающего 50 ния переходит в режим стабилизации шигенератора 13, в результате чего с выхода блока 12 управления поступают отпирающие импульсы на управляющие входы б, в транзисторных ключей 2 и 3 (фиг. 2 б), которые отпираются при малом значении тока дросселя 7 (фиг. 2 г) и нулевом значении напряжения на транзисторах, поскольку напряжение на конденсаторе 8 равно напряжению источника 9. В этот же

55

рины управляющих импульсов напряжения и ток управления дросселя 6 становится неизменным. Дроссель 6 переходит в режим стабилизации рабочего тока на уровне величины среднего значения тока управления в соответствии с законом равенства намагничивающих сил, создгваемых рабочим током обмоток и током управления. Время ненасыщенного состоянии и среднее знамо.мепт с ус ::оГ;ст1,и 1о управления Ч)сг пает yiipaB. i iKiiiiiMi сигна; на дросчч-.Н) при МИН .:, значении тока (тока ;iv- ремагн1;ч1. I через обмотки (ij)ni . 2 е, за1Птр :хов;11П;Ы11 участок).

В интервале t,i t s (4 нроис.ходпт пе- ремагничивание дросселя 6, в результате чего индуктивность его .максимальна и все напряжение вы.ходной диагонали инвертора

При запирании транзисторов 2 и 3 происходят процессы, аналогичные описанным.

20 Интервал времени перемагничивания нелинейного дросселя 6, когда он оказывает регулирующее действие, например, фи t2 t 14 (по фиг. л, и), определяется величиной среднего значения тока управления в зависимости от величины напряжения на вторичной обмотке трансформатора 5. На фиг. 2 показаны также диаграммы, когда интервал времени неремагничивания дросселя 6 при t 1 tin достигает пракжаясь к времени полупериода переменного напряжения инвертора.

При увеличении тока нагрузки 10 падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора 5, дросселя 6 уве- 5 личивается, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора и на выходе датчика 16 несколько уменьшается. Вследствие обратной зависимости между величиной входного сигнала и шириной выходного им пульса напряжения устройства 15 ток управ- ления дросселя 6 несколько уменьшается,

Интервал ненасыщенного состояния и среднее значение падения напряжения на обмотках дросселя 6 также уменьшаются, а на трансформаторе 5 напряжение увеличивает вновь до номинального значения (с не- которой погрешностью). Процесс стабилиза5

рины управляющих импульсов напряжения и ток управления дросселя 6 становится неизменным. Дроссель 6 переходит в режим стабилизации рабочего тока на уровне величины среднего значения тока управления в соответствии с законом равенства намагничивающих сил, создгваемых рабочим током обмоток и током управления. Время ненасыщенного состоянии и среднее знамение напряжения на обмотках дросселя 6 увеличиваются, а среднее значение напря- Ькения на трансформаторе 5 уменьшается 1(фиг. 2 3 и при ). При даль- йейшем уменьшении сопротивления нагрузки 0 вплоть до короткого замыкания ток Инвертора увеличивается незначительно в со- |этветствии с градиентом (наклоном) кривой Намагничивания ферромагнитного материала Сердечников дросселя 6.

При исчезнов ении перегрузки стабили- ирующий инвертор автоматически перехо- ,ит в нормальный режим стабилизации на- тряжения.

Таким образом, изобретение позволяет

10

мическом режимах работы, и уменьшения выделяемой мощности на элементах силовой части источника питания в широком диапазоне изменения нагрузки.

Формула изобретения

Инвертор по авт. св. № 1292149, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональнь1х возможностей и повышения надежности путем обеспечения регулировки выходной величины и ограничения тока перегрузки, нелинейный дроссель выполнен в виде импульсно-управляемого дросселя насыщения с совмещенными обмотками, к управляющему входу которого

асширить функциональные возможности ин- подключены блокирующий диод и импульсертора, а также повысить его эксплуата-ное устройство управления, подключенное

тонную надежность за счет обеспеченияпервым входом к второму выходу нульегулировки выходной величины (напряже-синхронизатора, а вторым входом - к выхожя, тока, мощности), естественного ограни-ду датчика напряжения, подсоединенного к

1ения тока перегрузки в статическом и дина-выходной обмотке силового трансформатора.

мическом режимах работы, и уменьшения выделяемой мощности на элементах силовой части источника питания в широком диапазоне изменения нагрузки.

Формула изобретения

Инвертор по авт. св. № 1292149, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональнь1х возможностей и повышения надежности путем обеспечения регулировки выходной величины и ограничения тока перегрузки, нелинейный дроссель выполнен в виде импульсно-управляемого дросселя насыщения с совмещенными обмотками, к управляющему входу которого

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности путем обеспечения регулировки выходной величины. Преобразователь содержит транзисторные ключи 1-4, силовой трансформатор 5 и дроссель насыщения (ДН) 6 с совме- ш,енными обмотками, линейный дроссель 7 и коммутируюший конденсатор 8, нуль-синхронизатор 11. Блок управления 12 содержит задающий генератор 13 и оконечный каскад распределения управляющих импульсов 14, импульсное устройство 15 управления, датчик напряжения 16, блокирующий диод 17. В преобразователе происходит обратная зависимость между величиной входного сигнала и шириной выходного импульса напряжения устройства 15, при этом ток управления ДН 6 уменьщается. Выполнение ДН 6 импульсно-управляемым ограничивает ток дросселя, уменьшает выделяемую мощность и обеспечивает регулирование выходных характеристик. 2 ил.

и О

Ч /