Транзисторный инвертор с широтноимпульсной модуляцией Советский патент 1979 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике, к преобразователям выполненным на полупроводниковых приборах с управляющим электродом и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры в управляемых электроприводах и в автоматике. Известен источник питания, выполненный на двух транзисторных инверторах, собранных по двухтактной схема с самовозбуждением 1. Один из инверторов синхронизируется напряжением другого инвертора путем включения синхронизирую щей обмотки в базовые цепи его транзисторов, причем управление фазой выходного напряжения вспомогательного инвертора осуществляется путем изменения постоянной времени перезаряда кондейсатора, включенного через управляющий резис тор к базовые обмотки выходного трансформатора в цепь обмотки синхронизашш. Недостатком этого устройства является его сложность, обусловленная применением трех дополттательных групп диодов, обеспечивающих процесс .перезаряда конденсатора, а также низкий КПД из-за дополнительных потерь от сквозных токов. Известен транаюторный инвертор, позволяющий осуществлять широтно-им- пульсную модуляцию за счет регулировки выходного напряжения, при этом данный инвертор работает на высоких частотах и не имеет сквозных токов 2. Недостатком устройства является малый диапазон модуляции выходного напряжения на повышенных частотах. Недостаток обусловлен тем, что при увеличении длительноста задержки уменьшается плительность насыщающего транзистор импульса чго при экспотенциальном законе нарастания заряда приводит к уменьшению степени насыщения транзистора и ограничивает увеличение задержки. Наиболее близким по технической сущности является транзисторный инвертор с шиpoтнo-ravIпyльcнoй модуляцией, содержащий генератор прямоугольного напряжения и ведомый двухтактный генератор с выходными трансформаторами, выходные обмотки которых соединены последовательно, а каждая синхронизирующая обмотка генератора прямоугольного напряжения связана с управляющим переходом соответствующего транзистора ведомого генератора через базовую обмотку этого генератора и общий регулирующий элемент и реактивный элемента| 3|,Однако этот инвертор позволяет обеспечивать широкий диапазон модуляции только на низких частотах порядка Десятков и сотен герц. При использовании таких инверторов возникает задача получения выпрямленного напряжения Поэтому в данном случае целесообразно использовать такие инверторы на высоких частотах, так как в этом случае уменьшаются габариты выходных трансформаторов.

Целью изобрегения является обеспечение работы инвертора на высоких частотах.

Эта достигается тем, что предложенный транзисторный инвертор, содержащий генератор прямоугольного напряжения и ведомый двухтактный генератор с выходШз1ми трансформаторами, выходные обмотки которых соединены последовательно, а калшая синхронизирующая обмотка, генератора прямоугольного напряжения связана с управляющим переходом соответствующего транзистора ведомого генератора через базовую обмотку этого генератора и общий регулирующий элемент и реактивный элемент, который связан с управляющим элементом, образуя корректирующую цепь. При этом реактивный элемент может быть выполнен либо в виде конденсатора подключенного параллельно управляющему элементу либо в виде трансформатора через первичные полуобмотки которого синхронизирующие обмотки подключены к управляющи л переходам транзисторов ведомого автогенератора, а управляющий элемент включен в цепь вторичной обмотки этого трансформатора.

Наличие корректирующей цепи позволяет изменять форму базового тока транзисторов таким образом, чтобы, в зависимости от типа реактивного элемента, происходило более быстрое установление избыточного заряда в базе при накопле НИИ реактивной энергии элементом, или менее интенсивное рассасывание накопленного заряда при расходовании энергии реактивного элемента. В первом случае реактивный элемент позволяет форсировать насыщение транзистора, во втором демпфирует процесс рассасывания.

Последовательное согласное включение нагрузочных обмоток выходных трансформаторов приводит к уменьшению тока коллектора выключаемого транзистора на интервале задержки и уменьшению величины граничного заряда насыщения, так

как при таком включении нагрузочных обмоток ток в нагрузке на интервале задержки не протекает. Управление задержкой происходит в режиме холостого хода ведомого автогенератора, что при тех же параметрах сигналов управления дает большую чувствительность схемы к управляющему воздействию.

На фиг, 1, схематически изображен предложенный инвертор:

1 - генератор прямоугольного напряжения, 2 - ведомый двухтактный автогенератор, 3,4 - выходные трансформаторы генератора прямоугольного напряжения и ведомого автогенератора, 5,6 - базовые обмотки выходного трансформатора ведомого автогенератора, 7,8 - синхронизирующие обмотки ведомого автогенератора, 9, 10 - транзисторы ведомого автогенератора, 11, 12 - выходные обмотки трансформаторов 13 - нагрузка, 14 - управляющий элемент, 15 - конденсатор.

Работа инвертора осуществляется в соответствии с временными диаграммами (фиг. 2). Источник прямоугольного напряжения 1 вырабатывает переменное напряжешш прямоугольной формы V. снимаемое с обмотки 11 и синхронизирующих обмоток 7,8, С синхронизирующих обмоток напряжение поступает на базовы переходы, транзисторов 9, 10 ведомого автогенератора, осуществляя его синхронизацию, Ш)1ходнов напряжение автогенератора 2, снимаемое с обмотки 12 V, и базовых обмоток 5,6 повторяет форму напрягкения источника 1, но сдвинуто по фазе на задер.си переключения транзисторов 9, 10. Суммарное напряжение представляет собой последователность знакопеременных, модулированных по ширине импульсов, длительность которых зависит от времени «вдержки rtepe1шючения транзисторов 9, 10, связанного с временем рассасывания избыточного заряда в базе насыщенных транзисторов. Ток в нагрузке 13 и в коллекторных цепях транзисторов 9, 10 при согласном включении обмоток 11, 12 протекает только на интервалах совпадения 56 полярности напряжений источника i и автогенератора 2, На интервале задержки выходного напряжения автогенератора 2 ток в нагрузке отсутствует, а коллекторный ток транзисторов 9, 10 уменьшается до величины тока холостого хода тран форматора 4. Соответственно уменьшается величина граничного заряда базы и возрастает избыточный заряд неосновных носителей базы открытого транзистора. Таким образом формирование задержки осуществляется при малых значениях граничного заряда, что позволяет повысить чувствительность схемы и исключить влияете нагрузки на процесс модуляции. Управление задержкой переключения транзисторов осуществляется регулированием режимов насыщения и рассасывания заряда базы открытого транзистора. Напряжение управления транзисторов 9, ,1О, спимаемое с обмоток 5, 7 и 6, 8 соответ ственно, повторяет по форме напр5гж;ение нагрузки, но имеет меньшую амплитуду. Рассмотрим процессы в схеме, начиная с момента отпирания транзистора 9. .Отпирающее напряжение обмоток 5,7 приводит к форсированному насыщению транзистора током конденсатора и быстрому установлению избыточного заряда Q г Установившееся значение избыточного заряда определяется активной составляющей базового тока, протекающего через резистор 14. С изменения полярности синхронизирующего напряжения V начинается процесс рассасыва шя избыточного заряда под действием разности напряжений на обмотках 5,7, энергии запасенной конденсатором и рекомбинации носителей в объеме базы. При достижении зарядом гpaни шoгo значения транзистор 9 выходит из насыщения и запирается, что приводит к изменению полярности выходного напряжения автогенератора 2 и оптиранию аранзистора 10, В дальнейшем процессы периодически повторяются. Рааииреьше диапазона модупяпии происходит за счет форсированного насыщения транзисторов ведомого автогенератора током заряда конденсатора и исключения зависимости величины избыточного заряда от длительности насыщающего импульса. ПоЕЫ.шеюш чувствительности при согласном вютючении обмоток в цепи нагрузки происходит в результате умеиьшения тока коллектора открытого транзистора на интервале задержки, что приводи к скачкообразному увеличению избыточно6го заряда за счет уменьшения граничного значения заря.ца насыщения. На фиг. 3 представлена принципиальная схема инвертора, в которой для расщирения диапазона модуяншш использована индуктивность намагничивающего контура трансформатора 16t 17, 18 первичные полуобмотки трансформатора 17, 18 19 - вторичная обмотка трансформатора 19. Синхро шзирующие обмотки 7,8 ведомого автогенератора 2 подключены к общей шине транзисторов 9, 10 через первичные полуобмотки 17, 19 трансформа- тора 16. Управляющий элемент 14 включен в цепь вторичной обмотки 19 трансформатора 16. Работа этого устройства отличается тем, что отпирание транзистора не форсируется, а расширеюте диапазона модуляции происходит за счет замедления процесса рассасывания накопленного избыточного зар5зда при смене полярности синхронизирующего напряже1шя. Ток в базе открытого транзистора не меняет своего знака, а протекает в прежнем направлении, убывая по закону спадания тока в индуктивности, и поддерживает избыточный заряд, убывающий за счет рекомбинации. Устройство может быть выполнено на двухтактном автогенераторе, собранном по лучевой, мостовой и известным схемам, как однофазным, так и многофазным. Формула изобретения 1. Транзисторный инвертор с широтно- импульсной модуляцией, содержащий генератор прямоугольного напряжения и ведомый двухтактный генератор с выходными трансформаторами выходные обмотки которых соединены последовательно, а каждая синхронизирующая обмотка генератора прямоугольного напря сения связана с управляющим переходом соответствующего транзистора ведомого генератора через базовую обмотку этого генератора и общий регулирующий элемент, И реактивный элемент, отличающийся тем, что, с целью обеспечения работы инвертора на высоких частотах, реактивный элемент связан с управляющим элементом образуя корректирующую цепь, 2. Транзисторный инвертор по п. 1, отлич ающийся тем, что, реактивный элемент выполнен в виде конденсатора, подключенного параллельно упра&ляюшему элементу. 3. Транзисторный инвертор по п. 1, отлич ающийся тем, что, реактивный элемент выполнен в виде трансфор- 5 матора, черезпервичные полуобмотки которого синхронизирующие обмотки подключены к управляющим переходам транзисторов ведомого автогенератора, а управляюпдай элемент включен в цепь вторичной обмотки этого трансформатора. 696586 юь № йо кл. 8 Источники информа1ши, ринятые во внимание при экспертизе 1.Патент СЩА № 3031629, Я31-11У 1962. 2.Авторское свидетельство СССР 545О54, кл. Н 02 М 7/537 ;1974. 3.Авторское свидетельство СССР аявке №2519407/07, Н 02 М 7/537, 1977.

Фиг.