Инвертор Советский патент 1992 года по МПК H02M7/538 

последний соединен с соответствующим входным выводом.

Недостатком известного инвертора является то, что процесс запирания транзисторов при насыщении сердечника коммутирующего трансформатора происходит пассивно, так как напряжение на вторичной обмотке резко падает, но не изменяет знак. Это увеличивает время запирания транзисторов, что приводит к снижению КПД.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения, выполненный по полумостовой схеме и содержащий выходной трансформатор, первичная обмотка которого включена в диагональ полумоста, образованного цепочкой из двух конденсаторов и цепочкой из последовательно включенных силовых транзисторов, а вторичная обмотка через цепочку из двух резисторов подключена к первичной обмотке переключающего трансформатора, вторичные обмотки которого через цепочки из дросселей, зашунтированных последова- тельно-паралельно цепочкой из диодов, подключены кэмиттерным переходам силовых транзисторов, а также к коллекторным переходам этих транзисторов.

Однако известный преобразователь постоянного напряжения имеет значительные динамические потери вследствие невысокой крутизны переключения транзисторов, что приводит к снижению КПД.

Целью изобретения является повышение КПД путем увеличения крутизны запирания транзисторов.

Указанная цель достигается тем, что в инвертор, содержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка каждого плеча которого соединена с выходными выводами, а первичная - с силовыми выводами двух транзисторов, входы которых соединены через дроссели, шунтированные обратными диодами, с вторичными обмотками переключающего трансформатора, введены дополнительная обмотка в выходной трансформатор и дроссель насыщения, включенный между первым выводом первичной обмотки выходного трансформатора и первым выводом дополнительной обмотки, второй вывод которой присоединен к второму выводу первичной обмотки переключающего трансформатора.

Новым в предлагаемом техническом решении является наличие дополнительной обмотки в выходном трансформаторе, а также дросселя насыщения, через который дополнительная обмотка подключена к выводу первичной обмотки переключающего трансформатора.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является то, что 5 переключающий трансформатор работает с перемагничиванием сердечника по частному циклу без захода в область насыщения, сердечник введенного дросселя перемаг- ничивается по полному циклу с заходом в

0 область насыщения, в связи с чем времяза- дающим элементом, определяющим частоту преобразования, является дроссель насыщения, а не переключающий трансформатор, как в прототипе. В моменты насыщения

5 дросселя насыщения происходят перемена знака напряжений на обмотках переключающего трансформатора и активное запирание транзисторов через проводящие диоды, шунтирующие дроссели в цепях баз транзи-.

0 сторов. В прототипе запирание транзисторов происходит пассивно, в моменты насыщения сердечника переключающего трансформатора, а диоды, шунтирующие дроссели в цепях баз силовых транзисто5 ров, выполняют функцию поглощения энергии, накопленной в этих дросселях в предыдущий полу период.

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в умень0 шении динамических потерь при коммутации транзисторов вследствие увеличения крутизны запирания одного транзистора с одновременным осуществлением задержки отпирания другого транзистора, что повы5 шает КПД.

На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого инвертора; на фиг:2 - его временные характеристики.

Инвертор состоит из силового транс0 форматора 1, средняя точка первичной обмотки 2 которого соединена с первым входным выводом, а крайние выводы - с коллекторами силовых транзисторов 3 и 4, эмиттеры которых объединены и соединены

5 с вторым входным выводом. Средний,вывод обмотки 5 переключающего трансформатора 6 соединен со стоком полевого транзистора 7 и через резистор 8 - с первым входным выводом. Затвор транзистора 7 со0 единен через конденсатор 9 с первым входным выводом, а через резистор 10 - с истоком, соединенным с вторым входным выводом. Крайние выводы обмотки 5 переключающего трансформатора 6 соединены

5 с базами силовых транзисторов 3 и 4 через цепочки из параллельно соединенных диодов 11 и 12 с дросселями 13 и 14. Выходной трансформатор 1 имеет обмотку 15, средний вывод которой соединен с первым выводом первичной обмотки 16 переключающего

трансформатора 6, второй вывод которой соединен с крайним выводом обмотки 15 выходного трансформатора 1 через дроссель насыщения 17 и резистор 18 соответственно.

На фиг.2 представлены временные диаграммы напряжения 19 на вторичной обмотке трансформатора 1 напряжение 22 на обмотке трансформатора 6, напряжение 20 на дросселе 17 и ток 21 в цепи этого дросселя, напряжение 23 на эмиттерном переходе транзистора 3 и напряжение 24 на его коллекторе.

Инвертор работает следующим образом.

В начальный момент подключения инвертора к первичному источнику питания напряжение с первого входного вывода поступает через резистор 8 на обмотку 5 пере- ключающего трансформатора 6 и далее через дроссели 13 и 14 на базы силовых транзисторов 3 и 4. Полевой транзистор 7 в начальный момент оказывается закрытым запирающим напряжением, поступающим с первого входного вывода через конденсатор 9 на затвор, и не оказывает шунтирующего воздействия на резистор 8. Один из силовых транзисторов 3 или 4 неизбежно открывается в большей степени, чем другой, и благодаря положительной обратной связи с обмотки 15 выходного трансформатора 1 через переключающий трансформатор 6 возникает генерация. Конденсатор 9 заряжается через резистор 10, и когда величина запирающего напряжения на затворе транзистора 7 станет меньше величины напряжения, соответствующего отсечке этого транзистора, он открывается и шунтирует пусковой резистор 8. При этом напряжение на среднем выводе обмотки 5 переключающего трансформатора становится близким к нулю.

Для нормального запуска инвертора должно выполняться условие превышения постоянной времени цепи из конденсатора 9 и резистора 10 относительно времени нарастания входного напряжения, а выбор за- пускающего транзистора 7 - с минимальным падением напряжения между стоком и истоком в моменты переключения транзисторов 3 и 4.

Вместо приведенной запускающей цепочки возможно применение другой, обес- печивающей минимальное падение напряжения между средним выводом обмотки 5 трансформатора 6 и вторым входным выводом. Напряжение, наведенное на обмотке 15 трансформатора 1, поступает на первичную обмотку 16 переключающего трансформатора 6 через цепь из резистора

18. Напряжение из первичной обмотки 16 переключающего трансформатора передается во вторичную обмотку 5. Предположим, что на началах обмотки 5 переключающего

трансформатора 6 наводятся плюс на концах и минус на началах (полярность без скобок). Положительное напряжение (относительно эмиттера) прикладывается через дроссель 13 к базе транзистора 3. Ток базы

транзистора 3 появляется с задержкой, определяемой величиной индуктивности дросселя 13, так как ток в индуктивности скачком измениться не может, что соответствует скругленным фронтам эпюры 23 напряжения на базе транзистора 3 (см.фиг.2). Величина тока базы транзистора 3 определяется величиной резистора 18. Транзистор 4 при этом закрыт отрицательным напряжением на базе относительно эмиттера, прикладываемым через открытый диод 12, Через время, необходимое для перемагничивания сердечника дросселя 17, последний насыщается, .сопротивление его обмотки резко уменьшается и падение напряжения на нем

также резко уменьшается, что приводит к подключению конца первичной обмотки 16 переключающего трансформатора 6 к концу дополнительной обмотки 15 выходного трансформатора 1, напряжение на котором

имеет отрицательную полярность относительно среднего вывода. Таким образом, в момент насыщения дросселя 17 на первичной обмотке 16 переключающего трансфор- . матора 6 происходит смена полярности

напряжения на обратную (полярность в скобках). Ток дросселя 17, изображенный на эпюре 21, в момент насыщения отличается от пилообразного и в нем заостряются изломы. Режим работы переключающего трансформатора 6 выбран таким, что его сердечник перемагничивается по линейному закону и не насыщается при всех условиях. Для этого сечение сердечника Зтр.б трансформатора 6 должно выбираться из

условия

Зтр.б

.Ui6

Вмакс 27Tf W16

где Uте - напряжение на обмотке 16 транс- форматора 6;

Wie - число витков обмотки 16; Вмакс ВГр + АВН - максимальное значение индукции в сердечнике трансформатора 6;

ВГр - значение индукции, соответствующее выходу магнитопровода на предельную петлю гистерезиса;

f - частота коммутации, определяемая параметрами дросселя

f

U17

.17 SAP.17 Bsflp.i где Ui7 напряжение, при котором наступает насыщение дросселя 17;

Л/17 - число витков дросселя 17;

Вздр.17 - индукция насыщения сердечника дросселя 17;

Здр.17 - сечение сердечника дросселя 17;.

ДВН - допустимое приращение индукции в результате воздействия несимметрии из-за неидентичности транзисторов 3 и 4;

дв U16 Wie АЦбэ.нас. Ц

НПб П U бэ.нас Icp

где Д1)бэ.нас - разность напряжений эмит- терных переходов насыщенных транзисторов 3 и 4;

Пб - сопротивление обмотки 16;

п - коэффициент трансформации п

-у- (Us-1 - напряжение половины обмотки 5);

Убэ-нас - среднее значение напряжения на эмиттерных переходах насыщенных транзисторов;

Icp - средняя длина магнитной линии сердечника трансформатора 6;

ц - магнитная проницаемость сердечника трансформатора 6.

В момент вхождения сердечника дросселя 17 в состояние насыщения полярность напряжения, наведенного на вторичной обмотке 5 переключающего трансформатора 6, изменяется на противоположную, открывается диод 11, через который происходит быстрое рассасывание заряда в базовой области транзистора 3, что соответствует заостренным срезам импульсов напряжения на его базе, изображенным на эпюре 23 (см.фиг.2). Переключающий трансформатор 6 оказывается в режиме, близком к короткому замыканию его вторичной полуобмотки, напряжение на которой при этом имеет величину, близкую к падению напряжения на диоде 11. Поэтому величина напряжения, наведенного в другой половине обмотке 5 трансформатора 6, оказывается надостаточной для отпирания транзистора 4, который будет оставаться закрытым. После того, как транзистор 3 закроется, происходит смена полярности напряжений на обмотках выходного трансформатора 1, дроссель 17 выходит из состояния насыщения. Процессы в следующем такте протекают аналогично.

Введение дополнительной обмотки в выходной трансформатор, подключенный через введенный дроссель насыщения противофазно к первичной обмотке переключающего трансформатора, приводит к ускорению запирания одного силового транзистора с задержкой отпирания другого, что уменьшает динамические потери и

тем самым повышает КПД инвертора.

Формула изобретения Инвертор, содержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с выходными выводами, а первичная с силовыми выводами двух транзисторов, входы управления которых соединены через дроссели, шунтированные обратными диодами, с вторичными обмотками переключающего трансформатора, первичная обмотка которого соединена через резистор с управляющей обмоткой выходного трансформатора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД, в него

введены дополнительная обмотка выходного трансформатора и дроссель насыщения, включенный между первым выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и первым выводом

дополнительной обмотки, второй вывод которой присоединен к второму выводу первичной обмотки переключающего трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель - повышение КПД. Инвертор выполнен по двухтактной самовозбуждающейся схеме со средней точкой с коммутирующим трансформатором 6, работающим в линейном режиме. Вторичная обмотка 5 коммутирующего трансформатора 6 через Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики. Известен инвертор, содержащий входной переключающий трансформатор, в цепи первичной обмотки которого включены трансформаторы магнитного усилителя, являющиеся времязадающими элементами и определяющие частоту переключения силовых транзисторов инвертора. В цепи вторичной обмотки входного переключающего трансформатора включена цепочка из резистора и конденсатора. Недостатком этого инвертора является наличие значительных потерь вследствие невысокой крутизны запирания транзисторов и критичности выбора ускоряющей емкости в базовой цепи транзисторов, а также цепочки из дросселей 13,14, шунтированных обратными диодами 11,12, подключена к базовым переходам силовых транзисторов 3,4. Первичная обмотка 16 коммутирующего трансформатора 6 подключена к дополнительной обмотке 15 выходного трансформатора 1 состоящей из двух частей, через резистор 18 и дроссель насыщения 17. В момент насыщения магнитопровода дросселя насыщения 17 происходит перемена полярности на обмотках переключающего трансформатора 6, приводящая к форсированному запиранию ранее открытого транзистора 4. Отпирание другого транзистора 3 происходит с задержкой, определяемой параметрами дросселей 13,14 в цепи базы. Увеличение крутизны запирания одного транзистора с одновременной задержкой отпирания другого на время переходного процесса запирания уменьшает динамические потери и повышает КПД. 2 ил. значительных потерь на резисторе обратной связи, подключенном к высокопотенци- альным выводам первичной обмотки выходного трансформатора. Известен также инвертор, содержащий выходной трансформатор, к концам первичной обмотки которого подключены силовые электроды транзисторов, связанных с входными выводами, и коммутирующий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к управляющим переходам транзисторов, а первичная связана с силовыми электродами диодного моста, вход которого подключен последовательно с первичной обмоткой коммутирующего трансформатора, а выход соединен с токо- стабилизирующим двухполюсником, имеющим балластный резистор, причем w Ё ь 3 OJ Z