Стабилизирующий инвертор Советский патент 1992 года по МПК H02M7/538 

.З

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания (ИВЭП), и может быть использовано в сетевых бестрансформаторных ИВЭП с выходной мощностью от единиц до сотен ватт, в том числе в преобразователях напряжения с резонансной или индуктивной нагрузкой.

Известен импульсный ИВЭГТ, содержащий полумостовой преобразователь на двух транзисторах, входы которых подключены к общему токовому трансформатору, управляющая обмотка которого подсоединена к выходу схемы сравнения, вход которой подключен к нагрузке. Питание схема сравнения получает от сети через выпрямитель и балластный элемент.

Недостатки устройства являются непроизводительные потери в балластном элементе, а также его значительные габариты.

Наиболее близким к предлагаемому по сущности и достигаемому эффекту является импульсный ИВЭП. который содерж йт полумостовой преобразователь на двух транзисторах, к управляющим входам которых подключены соответствующие выходные обмотки согласующего трансформатора, имеющего также обмотку возбуждения и управляющую обмотку, шунтированную регулирующим ключевым элементом. Управляющий вход последнего соединен через узел сравнения с выходными выводами инвертора, а цепь питания узла сравнения через фильтр подключена к выходу выпрямителя, вход которого подключен к выходу специального трансформатора.

Таким образом, недостатком является потребность в дополнительном трансформаторе, что усложняет инвертор.

Целью изобретения является упрощение схемы, что удешевляет ИВЭП и повышает его надежность.

В стабилизирующем инверторе, содержащем по меньшей мере один силовой транзистор, к управляющему входу которого подключена соответствующая входная обмотка согласующего трансформатора, имеющего также обмотку возбуждения и управляющую обмотку, шунтированную регулирующим ключевым элементом, управляющий вход которого соединен через узел сравнения с выходными выводами инвертора причем цепь питания узла сравнения через фильтр подключена к выходу выпрямителя, вход выпрямителя подключен к управляющей обмотке согласующего трансформатора, а фильтр выполнен с последовательно включенным токоограничи- вающим узлом.

Кроме того, в согласующий трансформатор может быть введена обмотка положительной токовой обратной связи, включенная последовательно в цепь нагрузки инвертора. В качестве указанного токоог- раничивающего узла целесообразно использовать стабилизатор тока, транзисторный фильтр тока или индуктивный элемент.

0 Подключение выпрямителя в обмотке согласующего трансформатора позволяет заметноупростить преобразователь и повысить его надежность за счет уменьшения количества связей и их длины. При этом

5 благодаря введению токоограничивающего узла стало возможным развязать согласующий трансформатор от шунтирующего воздействия конденсатора фильтра.

Предлагаемое устройство отличается от

0 известного тем, что вход выпрямителя под- ключей к управляющей обмотке узла согласующего трансформатора, а фильтр выполнен С последовательно включенным токоограничивающим узлом.

5 На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизирующего инвертора; на фиг.2 и 3 - электрические схемы на базе однотактного инвертора с независимым возбуждением и двухтактного с самовоз0 буждением; на фиг.4 - диаграммы, поясняющие его работу; па фиг.5-7 - токоограничительный узел, варианты.

Стабилизирующий инвертор содержит по меньшей мере один силовой транзистор

5 1, к управляющему входу которого через выходную обмотку согласующего трансформатора 2 подсоединён узел 3 возбуждения и регулирующий ключевой элемент 4, вход которого подсоединен к выходу узла 5 срав0 нения, вход которого подсоединен к нагрузке 6. Питающее напряжение на узел 5 сравнения поступает от конденсатора 7, который через выпрямитель 8 подсоединен к обмотке согласующего трансформатора 2.

5 Между выпрямителем 8 и конденсатором 7 установлен токоограничивающий узел 9. Нагрузка 6 через силовой транзистор 1 подсоединена к первичному источнику 10. Инвертор (фиг.1) работает следующим

0 образом.

Узел 3 возбуждения вырабатывает ток, который подается через согласующий трансформатор 2 на вход силового транзистора 1 и обеспечивает его открывание (бла5 годаря исключению шунтирования трансформатора 2конденсатором 7 за счет развязки с помощью токоограничивающего узла 9). В результате на нагрузку 6 поступает напряжение первичного источника 10. Узел 5 сравнения сравнивает усредненное значение напряжения на нагрузке б (или токз нагрузки) с внутренним опорным сигналом и вырабатывает сигнал ошибки, который, поступает на вход регулирующего ключевого элемента 4, который регулирует длительность открытого состояния силового транзистора 1 в зависимости от величины сигнала ошибки, осуществляя таким образом стабилизацию среднего значения напряжения (тока) нагрузки.

Инвертор на базе однотактного инвертора (фиг.2) работает следующим образом.

Узел 3 возбуждения вырабатывает импульсы тока с тактовой частотой работы инвертора и коэффициентом заполнения около 0,5 (фиг.З) з. Мощность этих импульсов несколько превышает мощность, необ ходимую для раскачки транзистора 1, и обеспечивает также работу узла 5 сравнения, подключенного через выпрямитель на элементах 7-9. Импульс тока начинается в момент ц и заканчивается в момент t2. На интервале ti-ta на обмотке 2.1 действует положительное напряжение и транзистор 1 открыт.,

В момент t2 импульс прекращается, на обмотке 2.1 полярность напряжения меняется, транзистор 1 закрывается и сердечник трансформатора 2 начинает размагничу ваться. Амплитуда выброса напряжения ограничена напряжением лавинного пробоя перехода база-эмиттер транзистора 1. В момент t3 сердечник размагничивается. Через несколько периодов работы заряжается конденсатор 7. В момент м поступает очередной открывающий импульс тока от узла 3 возбуждения.

По сигналу, поступившему в момент ts от узла 5 сравнения на управляющий элемент 4, последний открывается закорачивая обмотку 2.5. При этом напряжения на всех обмотках трансформатора 2 уменьшаются до нуля. Через обмотку 2.1 происходит ток разряда диффузионной емкости база-эмиттерного перехода транзистора 1. В индуктивности рассеяния обмотки 2.1 при этом запасается энергия, которая обеспечивает отрицательный выброс на обмотке 2.1 в момент ts. Этот выброс способствует уменьшению потерь при закрывании транзистора 1.

Таким образом, регулируя момент открывания регулирующего ключевого эпе- меита 4, можно регулировать мощность в нагрузке 6. Токоограничивающий узел 9 исключает шунтирование входа транзистора 1 разряженным конденсатором 7 и этим предотвращает работу силового транзистора в

актионом режиме на этапе заряда конденсатора 7.

На фиг.З изображен инвертор, реализованный в источниках электропитания лазеров, Тут силовой транзистор выполнен на двух транзисторах 1.1 и 1.2 и работает в двухтактном режиме. Согласующий трансформатор 2 содержит базовые обмотки 2.1 и 2.2, обмотку 2,3, обратной связи по току,

0 обмотку 2.4 запуска и обмотку 2.5 управления. Это позволяет упростить узел возбуж- дения, сведя его к формирователю запускающего импульса, поскольку после запуска силовой транзистор 1 совместно с

5 токовым трансформатором 2 образуют автогенератор, режим работы которого (коэффициент заполнения или частота переключения) задается регулирующим ключевым элементом 4.

0 Поясним, как можно регулировать коэффициент заполнения. Пусть на схеме (фиг.З) нагрузка имеет активный характер, а параметры трансформатора 2 таковы, что в его сердечнике за время открытого состояния

5 л юбого (одного) из транзисторов 2.1 и 2.2 накапливается энергия, достаточная для формирования открывающего импульса другого транзистора. Пусть открыт транзистор 1.1. Через определённбе, время (зави0 сящее от сигнала ошибки) откроется регулирующий элемент 4, напряжение на всех обмотках трансформатора 2 станет равным нулю и транзистор 1. i вскоре закроется.

5 За время открытого состояния транзистора 1.1 в сердечнике трансформатора 2 накопилась энергия. Поэтому после закрывания транзистора 1.1 через обмотку 2.5 управления регулирующего элемента 4

0 проходит ток, величина и направление которого определяются намагниченностью сердечника трансформатора 2. Если активные сопротивления обмотки 2.5 регулирующего элемента 4 малы, то этот ток

5 протекает сколь угодно долго. Через некоторое время (зависимое от сигнала ошибки) регулирующий элемент закрывается и на обмотках трансформатора 2 появляется напряжение, открывающее транзистор

0 1.2. Затем опять открывается регулирующий элемент 4, а после его закрывания аналогичным образом открывается транзистор 1.1. и т.д., т.е. обеспечивается регулирование напряжения на нагрузке 9 в

5 режиме автогенерации.

Токоограничивающее устройство мо- ЖРТ быть выполнено на стабилизаторе тока (фиг,5) или на схемах, совпадающих с схемой транзисторных фильтров (фиг б и 7) Лучшие результаты дает устройство (фиг.б)

Возможно также использование дросселя (в том числе дросселя насыщения), однако он хуже поддается микроминиатюризации.

Отсутствие токоограничивающего устройства в схеме (фиг.З) полностью исключает возможность открывания силовых ключей 1.1 и 1,2 из-за того, что трансформатор 2 нагружен на разряженный конденсатор фильтра.

Использование в качестветокоограни- чительного устройства схем (фиг.З и 5) или длоссе.л.о позволяет улучшить форму базового тока силового транзисторного ключа 1 (1.1, 1.2) благодаря тому, что в первый момент базовый ток имеет наибольшую величину, обеспечивая насыщение транзистора, а затем спадает благодаря перераспределению тока между обмотками питания базы ключа и обмоткой конденсатора 7.

Постоянная времени токоограничива- йщего устройства 9 и конденсатора б выбирается так, что к концу полупериода напряжение на устройстве 9 близко к нулю. При этом конденсатор 7 практически заряжается до амплитуды напряжения на обмотке 2.5 трансформатора 2. Амплитуда напряжения на обмотках определяется напряжением p-n-перехода база-эмиттер силовых транзисторов 1.1 и 1.2, котбрые слабо зависят от тока нагрузки, напряже- ния на нагрузке, входного напряжения, т.е. питание узла сравнения осуществляется достаточно стабильным напряжением, что также повышает качество работы ИВЭП.

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1.Стабилизирующий инвертор, содержащий по меньшей мере один силовой транзистор, к управляющему входу которого подключена соответствующая выходная обмотка согласующего трансформатора, имеющего также обмотку возбуждения и управляющую обмотку, шунтированную регулирующим ключевым элементом, управляющий вход которого соединен через узел сравнения с выходными выводами инвертора, причем цепь питания сравнения через фильтр подключена к выходу выпрямителя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения, вход выпрямителя подключен к управляющей обмотке согласующего трансформатора, а фильтр выполнен с последовательно включенным токоограничивающим узлом.

2.Инвертор по п.1, о т л и ч а ю щи й- С я тем, что в согласующий трансформатор введена обмотка положительной токовой обратной связи, включенная последовательно в цепь нагрузки инвертора. :

; 3. Инвертор по п.1, о т л и ч а ю щ и й- ся тем, что токоограничивающий узеЛ выполнен в виде транзисторного стабилизато: pa.TOKa..;v. v/;: .;,; ;v ;:r . . 4.Инвертор по пЛ, о т л и ч a io Щ и Й- с я тем/чтбтбкоогранйчиванзщий узел выполнен в виде тра н зйсто ра и в веде н а прел е- довательная RC-цепбчка, подключенная к выходу выпрямителя, к средней точке которой подключена база транзистора.

5.Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что токоограничивающий узел выполнен в виде дросселя.

Использование: в системах вторичного электропитания и автоматики для преобразования постоянного напряжения в переменное. Сущность изобретения: силовые транзисторы 1.1 и 1.2 переключаются под действием напряжения на обмотках 2.1 и 2,2. согласующего трансформатора. Это напряжение генерируется либо при коммутации цепи обмотки 2.4 возбуждения, либо под действием тока в обмотке 2.3 положительной токовой обратной связи согласующего трансформатора 2. При отпирании регулирующего ключевого элемента замыкается накоротко управляющая обмотка 2.5 согласующего трансформатора 2 и закрываются оба силовых транзистора 1.1 и 1,2. На управляющий вход регулирующего ключевого элемента 4 подается сигнал с выхода) узла 5 сравнения. Питание узла 5 сравнения осуществляется через выпрямитель на диодах 8.1 и 8.2 и фильтр с токоограничитель- ным элементом 9 и конденсатором 7. 4 з.п. ф-лы, 7 ил. т (Л С

Фиг. Ч

Фиа.4

Фиг. S

Оuz-rr-x/

Ь7О

Ь7К

I Фиг. б

№0

Фиг. 7