Транзисторный инвертор Советский патент 1992 года по МПК H02M7/538 

VI VI VI

ГО

ю

00

Изобретение относится к преобразовательным устройствам и предназначено для использования в качестве источника вторичного электропитания (с емкостным накопителем для импульсной нагрузки).

Широко известны преобразователи напряжения, являющиеся зарядными устройствами с различными токоформирующими элементами, Входным напряжением в них является постоянное напряжение, преоб- разуемое инвертором в переменное. Затем это переменное напряжение выпрямляется и заряжает емкостной накопитель. Между инвертором и выпрямителем могут быть включены согласующие элементы или меж- ду ними используется непосредственная связь. Емкостной накопитель может быть непосредственно подключен к выходу выпрямителя или через согласующий элемент. Основным недостатком аналогов следует считать относительно небольшой КПД.

В качестве прототипа выбран преобразователь, постоянного напряжения, содержащий трансформатор, выводы вторичной обмотки которого подключены к соответ- ствующим выходным клеммам, и два МДП-транзистора с индуцированным п-ка- налом, к затворам i которых подключены соответствующие клеммы управления, а их истоки и подложки подключены к минусовой клемме входного напряжения, плюсовая клемма которого подключена к выводу от средней точки первичной обмотки трансформатора, первый крайний вывод которой подключен к стоку первого МДП-транэисто- ра, а второй.крайний вывод- к стоку второго МДП-транзистора. Относительно большие (статические) потери энергии на МДП-тран- зисторах приводят к снижению КПД преобразователя, что и является основным недостатком прототипа.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя.

Указанная цель достигается в транзисторном инверторе содержащем два МДП- транзистора с индуцированным каналом, каждый из которых стоком подключен к соответствующему крайнему выводу первичной обмотки выходного трансформатора, отвод от средней точки которой соединен с первым входным выводом инвертора, затвором - к соответствующему управляющему выводу инвертора, а истоком - к второму входному выводу инвертора за счет введения дополнительной обмотки выходного транс- форматора, подключенной каждым крайним выводом через введенный резистор к выводу подложки соответствующего МДП-транзистора, а отводом от средней точки - к второму входному выводу инвертора.

За счет образования сигнала управления не только на затворах МДП-транзисто- ров, но и на их подложках, реализуется параллельное включение самого МДП-транзистора с n-каналом и биполярного п - р - п транзистора, коллектором которого является сток, эмиттером - исток, а базой - подложка, входящего в структуру МДП- транзистора. Малое остаточное напряжение биполярного транзистора уменьшает статические потери инвертора, за счет чего и повышается КПД.

На чертеже представлена принципиальная схема транзисторного инвертора.

Инвертор содержит трансформатор 1, два МДП-транзистора с индуцированным п- каналом 2 и 3, два резистора 4 и 5. Трансформатор 1 имеет три обмотки: первичную, вторичную и дополнительную. Выводы вторичной обмотки подключены к соответствующим выходным клеммам. Первый крайний вывод первичной обмотки трансформатора 1 подключен к стоку МДП-транзистора 2, а второй крайний вывод - к стоку МДП-транзистора 3. Вывод от средней точки первичной обмотки трансформатора 1 подключен к плюсовой клемме входного напряжения, минусовал клемма которого подключена к средней точке дополнительной обмотки трансформатора 1 и истокам МДП-транзи- сторов 2 и 3. Подложка МДП-транзистора 2 подключена к первому выводу резистора 4, второй вывод которого подключен ко второму крайнему выводу дополнительной обмотки трансформатора 1, первый крайний вывод которой подключен к первому выводу резистора 5, второй вывод которого подключен к подложке МДП-транзистора 3,

На выводы (клеммы) управления необходимо подавать управляющие сигналы (как в прототипе). Вид, длительность и полярность управляющих сигналов можно изменять в зависимости от конкретных технических требований. Резисторы 4 и 5 являются токоограничивающими элементами.

Транзистор работает следующим образом.

При поступлении положительного управляющего напряжения Uynpi на затвор МДП-транзистора 2 он открывается и через первую (левую) секцию первичной обмотки трансформатора 1 протекает ток. В этом режиме на затворе МДП-транзистора 3 присутствует отрицательное (нулевое) напряжение управления Uynp2 и он закрыт. При изменении полярности напряжений Uynpi и Uynp2 состояния МДП-транзисторов 2 и 3 изменяются на противоположные, и ток уже будет протекать во второй (правой) секции

первичной обмотки трансформатора 1. В результате формируется переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора 1, которое с помощью выпрямителя (на чертеже не показан) может быть преобразовано в постоянное выходное напряжение.

Основное отличие заявляемого устройства заключается в одновременном переключении не только МДП-структуры в силовом МДП-транзисторе (2 и 3), но и биполярной п - р - n-структуры, входящей в состав МДП-транзистора. Каждый из МДП- транзисторов содержит п - р - п-структуру, коллектором которой является сток, эмиттером - исток, а базой - подложка. Сигналы управления для п - р - n-транзисторов поступают на их базы (подложки) с дополнительной обмотки трансформатора 1,

Так, при поступлении положительного Uynpi и отрицательного (нулевого) Uynp2 МДП-транзистор 2 открывается, а МДП- транзистор 3 закрывается. При этом со второго крайнего вывода дополнительной обмотки трансформатора 1 через резистор 4 на подложку МДП-транзистора 2 поступает положительный сигнал, открывающий биполярную структуру этого МДП-транзистора. С первого крайнего вывода дополнительной обмотки трансформатора 1 (через резистор 5) на подложку МДП-транзистора 3 поступает отрицательное напряжение, запирающее п - р - n-структуру и форсирующее запирание МДП-структуры МДП- транзистора 3. При изменении полярности Uynpi и Uynp2 состояния МДП-транзисторов 2 и 3 изменяются на противоположные не только за счет управления по затворам МДП-транзисторов, но и за счет поступления соответствующих сигналов с дополнительной обмотки трансформатора 1 на их подложки.

Основным недостатком мощного МДП- транзистора является более высокое остаточное напряжение в открытом состоянии (по сравнению с биполярным транзистором), что приводит к повышенным потерям в статическом режиме для МДП-преобразо- вателей. В заявляемом устройстве в статическом отрытом состоянии именно биполярная п - р - n-структура будет шунтировать МДП-структуру, в результате чего и снижаются потери энергии. Надежное запирание как биполярной, так и МДП-структуры

в МДП-транзисторе, находящемся в закрытом состоянии, также снижает потери энергии (имеет место более глубокая отсечка). Таким образом, за счет снижения потерь энергии в статических режимах повышается КПД устройства.

Формула изобретения Транзисторный инвертор, содержащий два МДП-транзистора с индуцированным

каналом, каждый из которых стоком подключен к соответствующему крайнему выводу первичной обмотки выходного трансформатора, отвод от средней точки которой соединен с первым входным выводом

инвертора, затвором - к соответствующему управляющему выводу инвертора, а истоком - к второму входному выводу инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, введена дополнительная

обмотка выходного трансформатора, подключенная каждым крайним выводом через введенный резистор к выводу подложки соответствующего МДП-транзистора, а отводом от средней точки - к второму входному

выводу инвертора.

Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное в системах вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: преобразователь выполнен по двухтактной схеме на двух МДП-транзисторах 2 и 3 с индуцированным каналом, имеющих кроме выводов стока, истока и затвора вывод от подложки. Выходной трансформатор 1 включен по схеме с отводом от средней точки первичной обмотки и имеет дополнительную обмотку, подключенную крайними выводами к выводам подложки МДП-тран- зисторов через резисторы 4 и 5. При отпирании МДП-транзисторов 2 и 3 внешним сигналом управления наводимое в дополнительной обмотке выходного трансформатора 1 напряжение через подложку отпирает дополнительную биполярную структуру, входящую в МДП-транзисторы 2 и 3, снижая падение напряжения на них в открытом состоянии. 1 ил.