Полумостовой инвертор Советский патент 1992 года по МПК H02M7/5387 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано преимущественно при создании транзисторных преобразователей с синусоидальной формой выходного напряжения.

Известны транзисторные преобразователи с синусоидальной формой выходного напряжения 1,2, выполненные по мостовым и полумостовым схемам инвертора, содержащие силовые ключи и блок управления, каждый из парафазных выходов которого соединен с цепью управления силового ключа. Недостатком этих преобразователей является возникновение сквозных токов через силовые ключи-транзисторы - обусловленных накоплением электрического заряда в базовой области полупроводниковых проиборов к моменту их переключения.

Наиболее близким по существу технического решения к заявляемому устройству является схема полумостового инвертора 3, содержащая два силовых ключа и блок управления, каждый из парафазных выходов которого соединен с входом узла задержки отпирания, выходом соединенного с цепью управления силового ключа.

Недостатком данного инвертора является наличие сквозных токов, обусловленных накоплением заряда в базовой области полупроводниковых приборов. При отпирании одного из транзисторов через него про текает ток нагрузки и ток коллектора второго транзистора, в базе которого накоплен избыточный заряд. Очевидным путем снижения мощности динамических потерь, вызванных сквозными токами, является применение быстродействующих силовых приборов для снижения величины накопto

XI

о о о

5

ленного заряда. Особенно эффективно использование для данной цели полевых транзисторов. Однако, особенность работы инверторов с выходным напряжением синусоидальной формы не позволяет таким образом добиться существенного повышения КПД. Так как в инверторе используются ре- куперационные диоды, работающие в течение всего интервала непроводящего состояния транзистора, то к моменту отпирания последних возникают сквозные токи, обусловленные накоплением заряда в базовой области полупроводниковых диодов, что вызывает перегрузки полевых транзисторов, снижает КПД и надежность устройства.

Целью изобретения является повышение КПД и расширение области использования путем обеспечения широтно-импульсного регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в полумостовом инверторе, содержащем два силовых ключа и блок управления, каждый из парафазных выходов которого соединен с входом узла задержки отпирания, выходом соединенного с цепью управления силового ключа, в цепи управления силового ключа включен последовательно введенный промежуточный усилитель, а в качестве силового ключа использован СИТ-трэнзи- стор, причем промежуточный усилитель выполнен в виде согласно-последовательно соединенных источников отпирающего и запирающего напряжения, подключенных к управляющему входу СИТ-транзистора через соответственно отпирающий и запирающий транзистор, последний из которых шунтирован обратно включенным диодом, в качестве источников отпирающего и запирающего напряжения использованы тране- форматорно-выпрямительные узлы, а выход источника запирающего напряжения шунтирован введенным фильтрующим конденсатором.

На чертеже представлена структурная схема следящего инвертора,

Инвертор содержит два силовых транзистора 1,2, два конденсатора 3,4, включенные по полумостовой схеме LC-фильтр 5 и нагрузку 6, блок 7 управления, каждый из парафазных выходов которого соедине с входом узлов 8,9 задержки отпирания, выходом соединенных через промежуточные усилители 10,11 с цепью управления силового ключа, причем каждый из промежуточных усилителей содержит согласно-последовательно соединенные источник запирающего напряжения, выполненный в виде трансформаторно-выпрями- тельного узла на диодах 12, 13, шунтированного на выходе конденсатором

14,источник отпирающего напряжения, выполненный в виде выпрямителя на диодах

15,16, отпирающий (17) и запирающий (18) транзисторы, один из которых (запирающий) шунтирован обратно включенным диодом 19. В качестве блока управления используется широтно-импульсный модулятор, на выходе которого вырабатывается двухполярный импульсный сигнал с коэф- 0 фициентом заполнения от 0 до 1; в качестве узла задержки отпирающего сигнала - схема одновибратора и логическая схема несовпадения.

Следящий инвертор работает следую- 5 щим образом. Для силовой части характерно два режима работы дросселя LC-фильтра; режим накопления и режим отдачи энергии в нагрузку. В случае когда направление тока в дросселе i совпадает с 0 показанным на фиг.1 режиму накопления энергии соответствует закрытое состояние транзистора 2 и открытое состояние транзистора 1, На фиг.2 изображены временные диаграммы импульсного напряжения ШИМ- 5 сигнала Uy, сигналов управления FI силового транзистора 1 и FZ силового транзистора 2, напряжение Ким на зажимах фильтра 5 и тока дросселя i. После запирания транзистора 1 управляющим сигналом Рг отпира- 0 ется транзистор 2 с задержкой времени ta, задаваемой узлом задержки 9. Величина Т3 выбирается из условия , где Тр - время рассасывания электрического заряда в переходе загвор - исток после запирания 5 транзистора 1. После полного рассасывания заряда в транзисторе 1 начинается режим отдачи энергии дросселя в нагрузку через источник запирающего напряжения для транзистора 2 и переход затвор-сток тран- 40 зистора 2. В таком состоянии схема находится в течении времени Т3-ТР, При поступлении отпирающего сигнала на транзистор 2 последний работает в инверсном режиме при отрицательных токах стока. 45 Этот интервал работы-режим отдачи энер- гии-продолжается и после поступления на е транзистор 2 запирающего сигнала. Указанный интервал сопровождается передачей энергии через источник запирающего сиг- 50 нала транзистора 2 и переход затвор-сток транзистора 2. Процесс накопления энергии начинается при поступлении отпирающего сигнала на транзистор 1. Далее этот процесс повторяется. Аналогично протекз- 55 ют процессы в инверторе и при противоположных направлениях тока дросселя. Формула изобретения 1. Полумостовой инвертор,содержащий два силовых ключа и блок управления, каж- дый из парафазных выходов которого соединен с входом узла задержки отпирания, выходом, соединенного с цепью управления силового ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расширения области использования путем обеспечения широтно-импульсного регулирования выходного напряжения, в цепь управления силового ключа включен последовательно введенный промежуточный усилитель, а в качестве силового ключа использован СИТ- транзистор.

2. Инвертор по п. 1,отличающийся тем, что промежуточный усилитель выполнен в виде согласно-последовательно соединен0

ных источников отпирающего и запирающе го напряжения, подключенных к управляющему входу СИТ-транзистора через соответственно отпирающий и запирающий транзистор, причем последний шунтирован обратновключенным диодом.

3. Инвертор по п. 2. отличающийся тем, что в качестве источников отпирающего и запирающего напряжения использованы трансформаторно-выпрямительные узлы, а выход источника запирающего напряжения шунтирован введенным фильтрующим конденсатором.

Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение для систем вторичного электропитания и электропривода. Силовые ключи 1, 2 выполнены в виде СИТ-транзи- сторов и управляются выходным сигналом промежуточного усилителя 10. При включении отпирающего 17 или запирающего 18 транзистора к входу силового ключа 1 (2) подключается выход источника отпирающего напряжения на диодах 15, 16 или источника запирающего напряжения на диодах 12, 13 соответственно. Узлы 8 и 9 задержки отпирания обеспечивают исключение сквозных токов во время рассасывания электрического заряда в переходе затвор-исток силовых ключей 1, 2. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Ft

U

им