Мостовой инвертор Советский патент 1993 года по МПК H02M7/538 

(Л

С

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовав но в источниках вторичного электропитания. Сущность изобретения: инвертор содержит первый, второй, третий и четвертый переключающие элементы, образующие мостовой инвертор. Первый и второй переключающие элементы выполнены в виде тиристоров с управлением через тиристор- ные оптопары. Третий и четвертый переключающие элементы выполнены на биполярных транзисторахгуправление которыми Осуществляется с помощью согласующих трансформаторов. Применение в качестве третьего и четвертого переключающих элементов биполярных транзисторов упрощает схему инвертора без ухудшения остальных параметров устройства. 2 ил.

. Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке преобразователей постоянного тока в напряжение переменного тока заданной частоты, усилителей мощности, вторичных источников питания.

Известны инверторы напряжения, выполненные по однофазной мостовой схеме, каждая стойка которых состоит либо из одних тиристоров, либо из транзисторов. Основным недостатком тиристорных инверторов является необходимость иметь дополнительные узлы искусственной коммутации, что приводит к снижению надежности их работы. Недостатком транзисторных инверторов является необходимость формирования управляющих сигналов большой мощности, что приводит к усложнению схемы управления такими инверторами и, следовательно, к снижению надежности их работы.

Известен мостовой транзисторный преобразователь постоянного напряжения, содержащий четыре переключающих элемента, шунтированные обратными диодами, выходной трансформатор, последова- тельностные управляющие цепи, соединенные с входами управления указанных переключающих элементов, задающий генератор, к выходным выводам которого присоединены через резистор две последовательные цепи из еветодиодов оптронных пар соответствующих последовательност- ных управляющих цепей (прототип). Несомненным преимуществом прототипа является отсутствие моточных изделий в системе управления и возможность дистанционного (оптического) управления, что значительно расширяет функциональные возможности прототипа. Недостатком прототипа является большое количество после- довательностных управляющих цепей, что

XJ

Ю СП

ел

00 OJ

значительно усложняет схему управления и снижает надежность ее работы.

Цель изобретения - повышение надежности работы мостового инвертор а путем упрощения схемы управления.

Мостовой инвертор содержит путем упрощения схемы управления.

Мостовой инвертор содержит первый 6, второй 8, третий 7 и четвертый 9 переключающие элементы, шунтированные обратными диодами 10, -11, 12 и 13, первые силовые выводы первого 6 и второго 8 из которых присоединены к первому входному выводу + Ип, соединенному через первую и вторую последовательностные управляющие цепи из первых резисторов 1 и 14, фототиристо- ров 2 и 15, 3 и 16 первых 2-24 и 15-23 и вторых 3-22 и 16-25 оптопар и вторых резисторов 4 и 17 со входами управления соответственно первого и второго переключающих элементов, вторые силовые выводы которых соединены соответственно через третий 7 и четвертый 9 переключающие элементы со вторым входным выводом - Ип выходной, трансформатор 1.9, задающий генератор 20, к выходным выводам которого присоединены через резистор две последовательные цепи из све- тодиодов 22 и 23, 24 и 25 соответственно первой оптопары первой последовательностной управляющей цепи и второй оптопары второй последовательностной управляющей цепи, а также согласующий трансформатор 26, 27, первичная, обмотка которого присоединена к выходу задающего генератора либо непосредственно, либо через усилитель, а вторичные обмотки подключены ко входам управления соответственно третьего и четвертого переключающих элементов, выполненных на транзисторах 7 и 9 при этом первый 5 и второй 18 конденсаторы включены между точками соединения фототиристоров 2 и 3, 15 и 16 первой и второй оптопары соответственно первой и второй последовательностной управляющей цепи и вторыми силовыми выводами соответственно первого и второго переключающих элементов, выполненных на тиристорах 6 и 8.

На фиг.1 и 2 приведены принципиальная схема мостового инвертора и диаграммы напряжений, поясняющие принцип его работы.

На чертеже приняты следующие обозначения: 6 и 8 - тиристоры; 7 и 9 - транзисторы; 10. 11, 12 и 13 - обратные диоды; первый резистор 1, фототиристор 2 первой оптопары, фототиристор 3 второй оптопары, второй резистор 4 образуют первую последовательную управляющую цепь. Первый резистор 14, фототиристор 15 первой оптопары, фототиристор 16 второй оптопа- ры образуют вторую последовательностную

управляющую цепь; 19 - выходной трансформатор; 20 - задающий генератор; 21 - ограничивающий резистор; 5 и 18 соответственно первый и второй конденсаторы; 23 и 24 - светодиоды соответственно первых

оптопар и первой и второй последовательностной управляющей цепи; 22 и 25 - светодиоды соответственно вторых оптопар первой и второй последовательностной управляющей цепи; 26 и. 27 - согласующие

трансформаторы. Задающий генератор (ЗГ)20, вырабатывает разнополярные импульсы, для рассматриваемого случая, длительностью, равной полупериодам выходного напряжения преобразователя. Выход 20 точки а и b на фиг.1 подключаются к первичным обмоткам трансформаторов 26 и 27 для управления транзисторами 7 и 9 либс непосредственно, либо через предварительный усилитель (на фиг.1 не показан) и через резистор 21 к входным цепям оптопар (на фиг.1 это последовательно соединенные светодиоды 22, 23 и 24, 25). Фототиристоры 2, 3, 15 и 16, являясь выходами оптопар

2-24,3-22,15-23,15-23,16-25. являются по существу и выходами СУ. Мостовой инвертор работает в обычном режиме, т.е. в один полупериод работают 6, 9, во второй 7, 8. На фиг.1 представлена схема, когда

каждая стойка мостового инвертора состоит из тиристора и транзистора.

На фиг.2 Uy - напряжение на выходе 3Г и входах трансформаторов 26,27 и оптопар; б,9 - токи через тиристор 6, трансформатор

19 и транзистор 9; i,8 - токи через транзистор 7, трансформатор 19 и тиристор 8; Uc5 - форма напряжения на конденсаторе 5; UCIB- напряжение на конденсаторе 18; 11ц- напряжение на выходе трансформатора 19.

Схема работает следующим образом, Задающий генератор 20 вырабатывает разнополярные импульсы Uy одинаковой длительности. При положительной полярно- сти Uy и t : О открываются светодиоды 22 и 23 и одновременно с ними - их фототиристо- ры 3 и 15, а также транзистор 9. В этот момент (t 0) конденсатор 5 заряженный в предыдущем интервале до напряжения DCS (см.фиг.2в) начинает быстро разряжаться через фототиристор 3, резистор 4, управля- ющий электрод - катод тиристора 6. Тиристор 6 переходит из закрытого состояния в открытое и начинается формирование положительной полуволны напряжения на нагрузке (см. фиг.Зз).

В этот же момент (t 0), так как открыты фототиристор 15 и транзистор 9 начинается заряд конденсатора 18 через + Un, резистор 14, фототиристор 15, конденсатор 18, эмиттер-коллектор транзистора 9, - Un (см. фиг.2д). После заряда конденсатора 18 до Un, фототиристор 15 запирается и отключает 18отип.

В следующий полупериод Uy отпирается транзистор 7 и другая группа светодио- дов 24, 25 и их фототиристоры 2 и 16 и начинается разряд 18 через 16,17, управляющий электрод - катод тиристора 8, что переводит 8 из закрытого в открытое состояние. С этого момента t начинается формирование отрицательной полуволны UH (см.фиг.2а, г, д, з). В этот же момент (t) начинается заряд Сз по цепи + Un.резистор 1, фототиристор 2, конденсатор 5, эмиттер- коллектор транзистора 7, - Оп. В следующий период в каждом полупериоде процессы в схеме будут повторяться.

При необходимости регулирования выходного напряжения инвертора, можно вос- пользоваться известными методами, например, изменением времени проводимости транзисторов 7 и 9.

Для исключения режима сквозных токов можно воспользоваться известными методами.

Очевидно, что моменты включения ти- ристоров 6 и 8 определяются моментами

Формула изобретения

Мостовой инвертор, содержащий первый, второй, третий и четвертый переключающие элементы, шунтированные обратными диодами, первые силовые выводы первого и второго из которых присоединены к первому входному выводу, соединенному через первую и вторую последовательные управляющие цепи из первых резисторов, фототиристоров, первых и вторых оптопар и вторых резисторов с входами управления соответственно первого и второго переключающих элементов, вторые си- лов ые выводы которых соединены соответственно через третий и четвертый переключающие элементы с вторым входным выводом, выходной трансформатор, вторичная обмотка которого присоединена к выходным выводам, а первичная обмотка подключена к точкам соединения соответственно первого и третьего, а также второго и четвертого переключающих элементов, заоткрытия фбтотириеторов 3 и 16, а моменты выключения тиристоров 6 и 8 определяются моментами выключения соответственно транзисторов 7 и 9. Фототиристоры 3 и 16

запираются после разряда соответствую- щих конденсаторов 5 или 18, а выключение фототиристоров 2 и 15 определяются моментами, когда напряжение на 5 и 18 достигнут значения Un.

Время разряда 5 и 18 задается резисторами 4 и 17 и выбирается таким образом, чтобы за время разряда 4 и 18 тиристоры успели включиться. Эти времена имеют порядок 100-150 мкс.

Время заряда 5 и 18 определяется соответственно резисторами 1 и 14 и обычно выбирается меньше полупериода с тем, чтобы 6 и 8 успели до конца полупериода восстановить свои запирающие свойства.

В качестве задающего генератора 20 может быть использована любая схема генератора разнополярных прямоугольных импульсов.

Таким образом, значительно упрощается управление инвертором, т.к. в нем исключаются два усилительно-развязывающих узла; повышается технологичность, т.к. упрощается трансформаторное оборудование. Все это приводит к улучшению весо-габаритных показателей, повышению надежности работы, технологичности изготовления и простоте настройки и замены элементов.

дающий генератор, к выходным выводам которого присоединены через резистор две последовательные цепи из светодиодов соответственно первой оптопары первой последовательной управляющей цепи и второй оптопары второй последовательной управляющей цепи, а также первой оптопары второй последовательной управляющей цепи и второй оптопары первой последовательной управляющей цепи, первый и второй конденсаторы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения схемы, введен согласующий трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к выходу задающего генератора, а вторичные обмотки подключены соответственно к входам управления третьего и четвертого переключающих элементов, выполненных на биополярных транзисторах, при этом первый и второй конденсаторы включены между точками соединения фототиристоров первой и второй оптопар соответственно, первой и второй

71795533 8

последовательных управляющих цепей и но первого и второго переключающих эле- вторыми силовыми выводами соответствен- ментов, выполненных на тиристорах.

Uc

С7.8

с,8

U,.

6

-i

t

9