Регулируемый транзисторный инвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M7/537 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к преобразователям, выполненным на полупроводниковых приборах с управляющим электродом, и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры, а также в устройствах управляемого электропривода и автоматики.

Известно устройство для широтноимпульсяой модуляции, состоящее из двух генераторов - задающего и ведомого. Синхронизация ведомого генератора осуществляется через магнитный усилитель (МУ), а выходное напряжение получается при суммировании напряжений с обоих генераторов н может регулироваться за счет изменения напряжения управления МУ, т.е. фазового сдвига между выходньми напряжениями генераторов Ц. Основные недостатком такого устройства, работгиощего на относительно низких частотах, является наличие МУ, который инерционен, а также снижает КПД преобразователя из-за наличия дополнительных потерь в цепях смещения.

Известен также быстродействующий транзисторный инвертор с ШИМ, содержащий также задающий и ведомый генераторы на транзисторах и имеющий регулируемое выходное напряжение, получаемое за счет фазового сдвига. Изменение фазового угла реализовано на эффекте згщержки выхода транзистора иэ насыщения в активную область, обусловленного их инерционностью. Однако применение такого уст0ройства ограничено высокими частотами, когда половина периода инвертируемого напряжения сравнима и близка по длительности с пос-тоянной времени рассасывания избыточных носителей из

5 базовых областей транзисторов ведомого генератора 2.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является регулируемый тран0зисторный инвертор, содержащий .подключенные к входным выводам самовозбуждающийся задающий генератор с трансформатором, имеющим выходку и синхронизирующие обмотки, и ведомый ге5нератор с трансформатором, имеющим обмотки положительной обратной связи и выходную обмотку, базовые диоды и резисторы, конденсатор и регулирующий элемент, причем каждый базовый

0 йиод одним концом Через базовый реЬистор и одну из обмоток положительной обратной связи подключен к базтранзистора ведомого генератора, а выходные обмотки -упомянутых генера торов соединены последовательно 3 Фазовый сдвиг осуществляется за счет изменения време.ни перезаряда конденсатора с помощью регулирующего элемента.Базовые диоды исключают возможность разряда конденсатора через базовые резисторы. Недостатком инвертора являются повышенные динамические потери за ;счет сквозных токов- . Цель изобретения - повышение КОД. Это достигается тем, что в регулируемом инверторе, содержащем подключенные к входным выводам само, воз уждайщийся задающий генер,ал:ор. с : Трансформатором, имеющим выходную и. синзсронизирующие обмотки и ведотлы ; генератор с ;трансформатором, имеющи обмотки положительной обратной связи, и выходную обмотку, базовые диоды и резисторы, конденсатор и ре гулирующий элемент, причем каждый базовый диод одним концом через баз вый .резистор и одну из .обмоток поло жительной, обратной СВЯЗИподключен к базе транзистора ведомого генера, тора, а выходные обмотки упомянутых генераторов соединены последователь но, каждый дополнительный резистор подсоединен параллельно базовому ди ДУ другой конец б.азового диода под соединен к одному из крайних вьшодо синхронизирующей обмотки, а каждый : из упомянутых конденсаторов одним выводом .подсоединен к общей точке :Соединения базовых диода и .резистора, а другим связан со средним выводом синхронизирующей обмотки и ре лйрующим элементом. При этом упомянутые другие выводы конденсаторов могут быть непосредственно подключе к среднему выводу синхронизирующей обмотки и ч,ерез регулирующий элемен соедикен с с.оответствующим выходным выводом или упомянутые другие выводы конденсаторов- подсоединены к кра ним выводам обмотки дополнительно в денного трансформатора, средний выйод которой связан со средним выёодом синхронизирующей обмотки и соответствующим входным выводом, а другая обмотка этого трансформатора подсоединена к регулирующему элементу, i .. Введение резистора, дополнительного конденсатора и трансформатора развязки вместе с изменениями некоторых связей между элементами поз воляет повысить КПД инвертора и осу ществить гальваническую развязку це йей питания и управления. На фиг. 1 представлена принципиальная схетла регулируемоготранзист ого инвертора;: на фиг. 2 - временные диаграммы. Регулируемый транзисторный .инвертор ,.вкл очает задающий генератор 1, трансформатор 2 задающего геИератора i выходную обмотку 3 трансформатора задающего генератора, синхронизирующую обмотку 4, транзисторы 5 и б ведомого генератора, транс орматор 7 ведомого генераторэ, выходную обмотку 8 трансформатора ведомого генератора,обмотки 9 и 10 обратной евя-зи, нагрузку 11,базовые диоды 12 и 13,базовые резисторы 14 и 15, конденсаторы 16 и 17, регулирующей и элемент 18,дополнительные резисторы 19 и 20. Инвертор выполнен по схеме с вольтодобавочным устройством на переменнее токе и с регулируемым выходным напряжением за сче-т фазового управления. Он состоит из задающего и ведомого генераторов-1 и 2, последний из которнк включает транзисторы 5, б и .трансформатор 7 с выходной обмоткой 8 и -обмотками 9 и10 обратной связи. Задающий генератор содержит трансформатор 2 с выходной и синхронизирующей обмотками 3. и 4. К цепи управления ведомым генератором принадлежа.т базовые диоды 12 и 13 и резисторы 14 и 15, дополнительные резисторы 19 и 20, конденсаторы 16 и 17 и регулирующий элемент 18. Синхронизирующая обмотка 4 подключена к базам транзисторов 5 и 6 через базовые диещы 12, 13, резисторы 14 и 15.и обмотки 9 и 10 обратной связи, а также одновременно через регулирующий элемент 18 - к общему выводу транзисторов, базовые диоды 12 и 13 зашунтированы дополнительными резисторами 19 и 20. Выходные обмотки 3, 8 (зашунтирова щ) трансформаторов 2,7 соединены последовательно и подключены к нагрузке 11. При работе инвертора задающий генератор 1 вырабатывает переменное напряжение прямоугольной формы Uj , снимаемое с выходной обмотки 3 и синхронизирующей обмотки 4. Этот генератор может быть собран по схеме генератора Ройера с самовозбуждением. .Тактовые импульсы с синхронизирующей обмотки 4 поступают на цепи управления транзисторами 5, 6 ведомого генератора, а напряжение, снимаемое с трансформатора 7 и подаваемое на на.грузку 11 с выходной обмотки 8 - Ug, оказывается сдвинутьм по фазе на угол управлениж относите.льно Uj . Суммарное напряжение U представляет собой модулированные по.ширине прямоугольные импульсы, длительность которых можно регулировать, изменяя угол управления 3 , Рассмотрим процессы управления фазой в ведомом генераторе. Пусть тран-. зистор. 5 открыт, а транзистор. 6 закрыт. Напряжение с обмотки 9 обрат ной связи и сиихронизируюадей обмотки 4 являются отпираюшдали для тран.зистора 5, а с обмоток 1.0 и 4 - запирающими для такнзистора б. Базе-вый ток в транзисторе 5 протекает по цепи: обмотка 4, базовый диод 12 базовый резистор 14, обмотка 9, тра Ьистор 5, регулирующий элемент 18, Конденсатор 16 заряжен и имеет напр жение со знаком на общей точке с эл мента 18, а со знаком - на общей точке с генератора 1 л резистора 19 ПРИ изменении полярности напряжение на обмотке 4 запирается (Зазозый диод 12 и базовый ток протекает уже по конденсатору, т.е. по цепи; резистор 14 , )тка 9, транзистор 5, регулирующий элемент 18, конденсатор 16, Этот ток является разряжающим для конденсатора, который дополнительно разряжается через до,полнительный резистор 19 и синхрони зирующую обмотку 4. Напряжение на конденсаторе U падает и в какой-то момент времени, когда транзистор 5 выйдет из насыщения, начинается про цесс релаксации и ведомый генератор опрокидывается, т.е. транзистор 5 закрывается, а транзистор б открывается. Процесс опрокидывания схемы происходит при определенном напряжении на конденсаторе 16 и зависит , от сопротивления цепи и соотношения напряжений на обмотке 9 обратной св зи и синхронизирующей обмотке 4« Предположим, что процесс релаксации начинается при нулевом напряжении на конденсаторе 16. До тех пор, пок полярность на обмотке 4 остается запирающей для транзистора 5, конде сатор 16 перезаряжается. При последу ющей смене полярности управляющего напряжения конденсатор 16 мгновенно заряжается через базовый диод 12, так как сопротивление в этой цепи незначительно. Отпирание транзистора 5 в этом случае произойти не может, так как напряжение, снимаемо с обмотки обратной связи 9, является для него запирающим. Ведомый генератор остается в таком положении, пока в другом плече разряжается конденсатор 17. При выходе из насыщения тран зистора 6 изменяется полярность- напряжения на обмотке 9 и также, как на обмотке 4, становится отпирающей для транзистора 5. Схема возвращает ся в исходное положение. В цепях уп равления транзистора 6 процессы п оисходят аналогично, но в противофазе. Изменяя величину сопротивления регулирукщего элемента, молсно воздей ствовать на скорость спада напряжени на конденсаторах и осуществлять регу лировку угла управления 6 и напряжения на нагрузке. Пунктиром показан случай, когда . Исключение сквозных токов и повышение КПД устройства осуществляется благодаря тому, что включение закрытого транзистора происходит только после вькода из насыщения открытого транзистора. Иа фиг. 3 приведена принципиальная схема инвертора, в котором гальваническ-и связаны цепи питания к управления. Это устройство включает трансформатор 21 с обмоткаг от 22 и 23, На фиг, 4 показаны временные диаграмг.И. Регулирующий элемент 18 включен последовательно с конденсаторами 16, 17 через трансформатор 21 за счет включения входных обмоток 22, 23 в дегги перезаряда этих емкостей,. Работа устройства происходит аналогично, за исключением того, что регулирующий элемент 18 вводится в цепь перезаряда конденсаторов 16, 17, поэтому их заряд не может происходить мгновенно, а величина напряжения на этих конденсаторах при заряде зависит от величины сопротивления регулирующего элемента 18. Характер изменения напряжения и зависит от сопротивления 18 и с уменьшением его конденсаторы 16, 17 заряжаются до большого напряжения и угол управления ff увеличивается (на Фиг. 4 показано пунктиром (f)). Предлагаемое устройство может быть выполнено по мостовой и другим известным схемам, как однофазным, так и многофазным. Формула изобретения 1. Регулируемый транзисторный инвертор, содержащий подключенные ко вхаднь В1аводам самовозбуждающийся задающий генератор с трансформатором, имеющим выходную и синхронизирующую обмотки и ведомый генератор с трансформатором, имеющим обмотки положительной обратной связи и выходную обмотку, базовые диоды и резисторы, конденсатор и регулирующий элетлент, причем каждый базовый диод одним концом через базовый резистор и одну из обмоток положительной обратной связи подключен к базе транзистора ведомого генератора, а выходные обмотки упомянутых генераторов соединены последовательно, о тличающийс я тем, что,, с целью повышения КПД, ведомый генератор снабжен дополнительными резисторами и конденсатором, каждый дополнительный резистор подсоединен параллельно базовому диоду, другой .конец базового диода подсоединен к одному из крайних выводов синхронизирующей обмотки, а каждый из упрмянутых конденсаторов одним выводом иодсоединен к общей точке соединения базовых диода и резистора, а другим связан со средним выводом синхронизирующей обмотки, и регулирующим эяемен.тсм.

5. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ад и и с я тем, что упомянутые Другие выводы конденсаторов непосредственно подключены к среднему выводу синхронизирующей обмотки и через ре гулирующий элемент соединены с соответствующим входным выводом.

3. Инвертор по п. 1, отличащийся тем, что упомянутые другие выводы конденсаторов подсоедине

к крайним выводам обмотки дополнитено введенного трансформатора, средний вывод которой связан со средним выводом синхронизирующей обмотки и соответствующим входным выводом, а другая обмотка этого трансформатора подсоединена к регулирующему элементу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 131791, кл. Н 02 М 7/537, 1959.

2.Авторское свидетельство СССР № 545054, кл. Н 02 М 7/537, 1974.

3.Патент США № 3031629, кл. 31-li3, 1962.

f

-с

3,5

%

VjA.

;,5

f.ff

Vr

fA