Двухтактный транзисторный инвертор Советский патент 1988 года по МПК H02M7/538 

4

О

со

СО О

Изобретение относится к э;1сктротехнике и может быть использовано и источниках вторично1 о улектронитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения -- новьинение КПД транзисторного инвертора.

На фиг. I ириведена схема э.тектричес- кая двухтактного транзисторного инвертора; на фиг. 2 характеристики «вход выход комнараторо и норогов1 гх элементс в, при которых наиболее HO.IHO нрояв,тя1П ся достигаемый иоложительиый эффект; на фиг. 3 диаграммы напряжений на элементах схемы; на фиг. 4 - напряжение на выходе датчика магнитного состояния сердечника выходного трансформатора.

Инвертор содержит силоЕвые транзисто 1ы I и 2 (фиг. 1), выходиой тран.сформа- Tof) i5, с не|)вичными обмотками 4 и 5, вк.ио- ченными ио схеме со средней и вто )ичпой обмоткой fi, датчик 7 магнитногс; состоянии сердечника выходною трансформатора 3, вьп1о;1ненный в виде н.юекого со,1ен()ида с .лииейной магнитной характе- рис 1 икой, ирим)1каюн1ей к сердечнику выходного транс(1)орматора 3 но всей см о д,тиие, и б. юк унравлеиия 8. В б.токе унрав.чс- ння 8 входы иараллельно вк.тюченных комнаратора 9 и триггера Шмитта И), а также комнаратора II и тригге)а Шмитта 12, иодк.1К чен151 к датчику 7 магнигно1Ч) состояния сердечника выходного трансформатора 3, и к выходу узла запуска 13, в который входит двухаи() стабилитрон 14, анод г.оторого соединен с по.тожите, 1ьиым выводом .источника питапня через две последо- 1:гге,1ьно вк,1 юченные ди()()ерен1и1ру1о- iiuie RC ,-neini 15 и 16. Ключ 17 соединен со входом НС -иени 16, а (|)()рми- ровате. И имну.тьс()в 18 и 19 но, 1учают напряжение иитания через ключ 17 э;1емеиг задержки 20. Для нормального пуска инвертора KoMiiapaTOpi) 9 и 1 I и трип е- 1)ы Шмитта 10 и 12 до.тжпы быть иред- варите,тьно установлены в состояние, обес- иечиваюнгее работу одного транзистора при надежно :и1крытом другом транзисторе. Напряжение нгггания 1ю;1ожительиой и отрицательной ио.чярпости на комнараторы 9 и 11 и триггеры Шмитта 10 и 12 подается иеносредствеино от источника питания (на фиг. I не иоказаиы).

Инвертор работает еледуюишм образом.

Формирователи импульсов 18 и 19 открывают силовые транзисторы 1 и 2, иодавая иоложительиый иотенциал на базу последних то.чько при на.тичии напряжения питания и ноложительных сигналов на выходе соответствующих компараторов и триггера Шмитта. Если на выходе хотя бы одного из элементов, комиаратора или три1те- ра Шмитта появляется сигна,.| отрицательной полярности или на формирователь импульсов не подано нитание, то соответствующий транзистор занерт. Таким образом.

0

5

0

0

5

0

5

при разомкнутом ключе I/, независимо от сигналов на выходе комнараторов 9 п 11 и триггеров Шмитта 10 и 12, траизисторы I и 2 закрыты выход1 1)1ми сиг налами oipH- цательной но.тярности (юрмировате;1ей им- иульсов 18 и 19, носко. 1ьку напряжение питания отсутствует. Ианряжение на игорнч- ной обмотке отсутствует. Сигна. с датчика 7 магнитно1 () состояния сердечника выходного транс(()о 1матора 3 нрн эгом |)авен нулю. Выходное напряжение компараторов 9 и I 1 нри этом положительно, а сосгоя- ние три1 1 еров не определено.

Д,1я достнження иаибол1 1иего э()()екта наиряжеиия срабагьпишия компараторов и триггеров Шми1 та выбираклся и устанав- .чиваются следу1ои1ими (с)иг. 2). Вых()ди(.)е наиряжеиие компаратора 9 до.тжнп быть по- . южптелыю при сигнале с датчика 7 мень- Н1ИМ H. iH равным нулю и отрицате.и.но нрн cHriia. ie с датчика бо, нуля. ходное нанряженне комнаратора 1 I должно н()Л()Жите.;:ьно нри сигна.ме с датчика 7 больн1ем И.ТИ равным ну. но и от- рннате, 1ьно нри си| на, 1е Гл)Л1)Н1ем нуля.

11ереключение три1те)а и1мнтта К.) в состояние, характеризуюнц сея отр11;1ате,1ьным выходны.м напряжением, нроисхг дит прн спнжении входио1 о на11ряжен1 Я ниже онре- деленного отрииательно1 о зиаче1-:ия наиря- жения отиускаиия UIHIIJ, а состояние, ха- рактеризуюнгееся положительным выход н 1м ;1аиряжением -;- нри уве. 1ичении входного напряжен: 1Я выше онределеннсич) ноложн- те„тьн()го значения наиряжеиия срабатывания UciMii, такого, чтобы

lj,-,,|(l /L/nM,,o./

Иерек.пючеиие триптра Ш.митта 12 в состояние, характер и зуюн1ееся 01ринате,1ьным выходным нанряжением, иронеходит нри ве- ,|ичеиии входного напряжения выше по.ю- .жительного напряжения срабатывания L .i.i, такого, что

L 1-|1| I U HIIlii/J

а 1 состояние, характеризующееся но,тожи- телынэ1м выходным нанряжением, - ири умеиьн1ении входного нанряжения ниже отрицательного напряжения отпускания L Mrii,, такого, что

.|,,|i); /U«n,|.. Напряжение переключения компараторов Uiu iM) и UiH.pii, выбираетея и устанавливается на абсолютной величине, таким, чтобы LiK p )|()/LJinii|2/.

Включение инвертора осуществляется замыканием ключа 17, Скачок наиряжения, возникающий на входе дифференцирующей RC-цепи 16, вызывает появление на выходе дифференцирующей RC-цепи 16 еигнала, положительное и отрицательное значение амплитуды которого превосходят значение нанряжения пробоя для прямой и обратной ветви вольт-амперной характериетики двух- анодиого стабилитрона 14. В резу: ьтате этого при замыкании ключа 17 на входь

триггеров и компараторов подается импульс, форма которого представлена на фиг. 3 а. Элемент задержки 20 задерживает подачу напряжения питания на формирователи импульсов 18 и 19 на время ti (фиг. 3), тем самым, предотвращая силовые транзисторы 1 и 2 от одновременного открывания, поскольку в соответствии с характеристиками «вход - выход компараторов 9 и 11 и триггеров 10 и 12 (фиг. 2) в нулевой момент времени возможно состояние, при котором на выходе каждого из компараторов 9 и 11 и триггеров Шмитта 10 и 12 имеется ,положительный сигнал. К моменту времени ti такое состояние устраняется под влиянием импульса, возникаюш.его при замыкании ключа 17. Параметры этого импульса таковы, что после его окончания в момент времени в соответствии с характеристиками «вход - выход компараторы 9 и II и триггер Шмитта 12 устанавливаются в состояние, характеризующееся положительными значениями выходного напряжения, а триггер Шмитта 10 устанавливается в состояние, характеризующееся отрицательным значением выходного напряжения (фиг. 3 б-д).

В схеме создаются условия для отпирания транзистора 2 и запирания транзистора 1 (фиг. 3 е, ж). Формирователь импульсов 19 открывает транзистор 2 и че- рех первичную обмотку 5 начинает протекать ток. С выхода датчика 7 магнит- ного состояния сердечника выходного трансформатора 3 снимается сигнал положительной полярности, сразу переводящий компаратор 9 в состояние, характеризующееся отрицательным значением выходного напряжения (фиг. 4). По мере роста сигнала с датчика 7 переключается триггер Шмитта 10 в состояние, характеризующееся положительным значением выходного напряжения, однако ранее переключающийся компаратор 9 обуславливает закрытое состояние транзистора 1. По мере протекания тока в первичной обмотке 5 сердечник выходного трансформатора 3 насыщается, сигнал с датчика 7 резко возрастает и при этом достигает напряжение иФ|2 (фиг. 4). Триггер Шмитта 12 при этом переключается в сое- тояние, характеризующееся отрицательным значением выходного напряжения, и формирователь импульсов 19 закрывает силовой транзистор 2. По мере убывания тока в коллекторной цепи сигнал с датчика умень- щается до нуля. При .достижении послед- него, компаратор 9 переключается в состояние, характеризующееся положительным значением выходного напряжения. Таким образом, по окончании работы транзистора 3 в момент времени t2 (фиг. 3) в состоянии, характеризующемся положительным значением выходного напряжения, окажутся компараторы 9 и 1 и триггер Шмитта 10, а в состоянии, характеризующемся отрица

r 0

0 5 0 5

0

тельным значением выходного напряжения - триггер Шмитта 12. Такое состояние компараторов 9 и 11 и триггеров Шмитта 10 и 12 обуславливает открывание транзистора 1 при надежно закрытом транзисторе 2, чем полностью исключается режим «сквозных токов. При открывании транзистора 1 ток протекает через первичную обмотку 4. С выхода датчика 7 при этом снимается сигнал отрицательной полярности, сразу переключающий компаратор 11 в состояние, характеризующееся отрицательным значением выходного напряжения. Транзистор 2 продолжает оставаться закрытым, поскольку на входе формирователя импульсов 14 действуют два сигнала отрицательной полярности. При дальнейшем росте тока и сигнала с датчика 7 происходит переключение триггера Шмитта 12 в состояние, характеризующееся положительным значением выходного напряжения, но транзистор 2 по-прежнему остается закрытым, поскольку сохраняется отрицательное значение выходного напряжения компаратора 11,

По мере дальнейщего протекания тока в первичной обмотке 4 сердечник выходного трансформатора перемагничивается в отрицательном направлении и входит в насы- цл.ение, сигнал с датчика 7 резко возрастет, достигая при этом значения напряжения Uornin (фиг. 4). Триггер Шмитта 10 при этом переключается в состояние, характеризующееся отрицательным значением выходного напряжения и формирователь импульсов 18 закрывает силовой транзистор 1. По мере убывания тока в первичной обмотке 4 сигнал с датчика 7 уменьшается по абсолют- ной величине до иуля. При достижении последнего компаратор 1 1 переключается в состояние, характеризующееся положительным значением выходного напряжения. Таким образом, при сигнале с датчика 7, равном нулю, в состоянии, характеризующемся отрицательным значением выходного напряжения, оказывается только триггер Шмитта 10. Этим самым в схеме в момент времени t.-j (фиг. 3) создаются условия для открытия транзистора 2 и удержания закрытым транзистора 1 и цикл повторяется снова.

Для того, чтобы при работе схемы сигналы с датчика не оказывали влияния на работу источника питания, в схеме устанавливается такой двуханодный стабилитрон 14, напряжение пробоя обратной и прямой ветвей вольт-амперной характеристики которого значительно превыщают сигналы, подаваемые с датчика 7.

Сигналы, подаваемые при этом на базы силовых транзисторов, имеют вид, показанный на фиг. 3 е, ж. При таком способе организации управления силовыми транзисторами имеется пауза t2-(2 (фиг. 3 е, ж), которая может быть значительно уменьШена путем увеличения по абсолютной величине значений UOTI.IO и Ucpiz. Однако, рри этом возрастают динамические потери 6 транзисторах, поскольку ток коллектора последних может достигать недопустимо больших величин, о чем свидетельствует резкое возрастание сигнала с датчика магнитного состояния сердечника (фиг. 4, показано пунктиром), вследствие чего КПД несколько падает.

I Таким образом, наряду с отсутствием по- герь вследствие одностороннего насыщения Сердечника силового трансформатора, от- Сутствуют потери, присущие режиму «сквозных токов, а небольшая пауза в подаче

10

вход которого подключен к второму входному выводу, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД инвертора, в блок управления введены первый и второй компараторы и первый и второй формирователи импульсов, выходы которых присоединены к управляющим входам силовых транзисторов, вход первого формирователя импульсов подключен к выходам первого порогового элемента и первого компаратора, а вход второго формирователя импульсов присоединен к выходам второго компаратора и второго порогового элемента, при этом входы первого и второго пороговых элементов, первого и второго компараторов, объединены, а входы питания формирова правляющих импульсов, формируясь авто- телей импульсов присоединены к выходу

1атически, повышает надежность работы

Инвертора.

IФормула изобретения

элемента задержки включения питания, входящего в узел запуска, выход узла установки в исходное состояние которого подключен к входам компараторов и пороговых элементов.

; 1. Двухтактный транзисторный инвертор,

Содержащий силовые транзисторы, эмиттеры Которых присоединены к первому входному выводу, коллекторы подключены к крайним выводам первичной обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой присоединен к второму входному выводу, Ьторичная обмотка подключена к выходным выводам, первый и второй пороговые элементы, входящие в состав блока управления, входьькоторых присоединены к обмотке |датчика магнитного состояния сердечника выходного трансформатора, и узел запуска,

i/Компаратор 3

.

0

вход которого подключен к второму входному выводу, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД инвертора, в блок управления введены первый и второй компараторы и первый и второй формирователи импульсов, выходы которых присоединены к управляющим входам силовых транзисторов, вход первого формирователя импульсов подключен к выходам первого порогового элемента и первого компаратора, а вход второго формирователя импульсов присоединен к выходам второго компаратора и второго порогового элемента, при этом входы первого и второго пороговых элементов, первого и второго компараторов, объединены, а входы питания формирователей импульсов присоединены к выходу

0

5

0

элемента задержки включения питания, входящего в узел запуска, выход узла установки в исходное состояние которого подключен к входам компараторов и пороговых элементов.

2.Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого и второго пороговых элементов применен триггер lIJMHTTa.

3.Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что узел установки в исходное состояние содержит первую и вторую дифференцирующие RC-цепи, включенные последовательно, вход первой из которых присоединен к второму входному выводу через ключ, а выход второй соединен через двуханодный стабилитрон с входами компараторов и пороговых элементов.

/ f fJG parrfup // Z/#«/x

Изобр-етенис относится к электротс.х- нике и М. б. использоваш; при HJIOCKTH- ровании вторичных источников питания. Цель -- повышение КПД инвертора. Инвертор содержит силовые транзисторы 1 и 2, подсоединенные через выходной трансформатор 3 к выходным выводам. Датчик 7 магнитного состояния сердечника выходного трансформатора 3 выполнен в виде H,:IOC- кого солено -;да с линейной магнитной характеристикой. Блок 8.управления со.аержит компараторы- 9, I I и триггеры Шми.дта 0, 12. Вследствие отсутствия односторонего намагничивания сердечника выходного трансформатора 3 и иск:1ючения «сквозных токов значительно уменьп1ены потери в инверторе при переключении силовых транзисторов 1, 2. В подаче управляюи их импульсов автоматически формируется небольшая пауза. 2 з. п. ф-лы, 4 ил. (С (Л

Unep.g

WMijfnrrja Ш L/giix.

Uomn. to

Ucp 0

и8ж.

и пер. 11

А.

/триггер UJ/ ummaf2 L/8e,,x.

. 1

lJcp.7 Sx.

а

и ср. fZ

i/cp.fo

Urrep. rrep.rl. отп. //

.W

f

фиг.4