Инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 

(54) ИНВЕРТОР

Изобретение относился к приборостроению, в частности, к технике магнитной записи и может быть использовано в качестве преобразователя напряжения для питания ргщиоэлектронных устройств.

Известны инверторы, содержащие коммутирующий трансформатор и ключи, через которые крайние выводы первичной обмотки выходного трансформатора О ;6единены с одним из входных выводов источника питания,а другой вывод источника питания подключен к средней точке указанной обмотки -{1 и 2. Их недостатком является относитель- 5 но низкая надежность работы из-за больших динамических потерь в ключах, так как при запирании ключа напряжение на нем может достигать удвоенной величины напряжения пн- 20 тания при практически неизменном большом значении индуктивного тока, предшестовавшим моменту переключения инвертора.

Известны инверторы, в которых для 25 уменьшения динамических потерь в ключах нагрузка шунтирована конденсатором, а в базы транзисторов включены цепочки, содержащие двухобмоточш)1е насЕлцакщиеся дроссели 3. Эффектив- 30

ность таких инверторов высокая при неизменной нагрузке, ухудшается при изменении ее параметров.

Цель изобретения является повышение надежности инвертора путем уменьшения потерь в ключах.

Это достигается тем, что инвертор снабжен дополнительным двухвходовым элементом, соединенным своими вхопами через диоды с крайними выводахи первичной обмотки выходного транс4)Орматора, а выходами - с первичной обмоткой коммутирующего трансформатора. Кроме того, двухвходовый элемент может быть выполнен в виде двухвходового триггера, выходы которого соединены с крайнимивыводами первичной обмотки коммутирующего трансформатора через резисторы, причем средняя точка первичной обмотки коммутирукнцего трансформатора соединена с одним из входных выводов, а общая точка триггера электрически связана с другим выводом источника питания инвертора, электрическая связь может быть осуществлена через диоды, соединенные с крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, и через конденсатор - со средней точкой первичной обмотки коммутирующего трансформатора. На фиг. 1 изображен предлагаемы инвертор; на фиг. 2 - полумостовой вариант исполнения инвертора. Инвертор содержит ключи 1 и 2 и коммутирующий трансформатор 3. Наг ка 4 инвертора выполнена в виде ин дуктивного элемента. .На фиг. 1 нагрузкой 4 является первичная обмот ка силового трансформатора 5. Край выводы 6 и 7 нагрузки 4 соединены через ключи 1 и 2 с шиной 8 питани инвертора. Инвертор снабжен дополнительным элементом 9 для переключения коммутирующего трансформатора 3, выполненным в виде триггера с двумя входами 10 и 11, соединенными через диоды 12 и 13 с крайними выводс1ми 6 и 7 нагрузки 4, а выходами 14 и 15 - с первичной обмоткой коммутирующего трансформатора 3. Нагрузка 4 щунтирована конденсатором 16. Элемент 9 для переключения коммутирующего трансформатора 3 может быть выполнен в виде двухвходового триггера на транзисторах 17 и 18, выходы 14 и 15 которого соединены с крайними выводами 19 и 20 первичн обмотки коммутирующего трансформато ра 3 через резисторы 21 и 22, при этом средняя точка 23 первичной обмотки коммутирующего трансформато 3 соединена с одной шиной 24 питания триггера 9 (она же является шиной питания инвертора), а вторая шина питания триггера 9 электрически связана с шинами инвертора. В частностиJ эта связь осуществлена путем соединения шины питания.-триггера 9 через диоды 25 и 26 с крайни ми выводами б и 7 нагрузки 4 и через конденсатор 27 - с шиной 24 питания инвертора. Инвертор имеет вхо ды 28 и 29 для работы в режиме синх ронизации. Нагрузка 4 показана на чертежах со средним выводом. В мостовом варианте устройства средний вывод не обязателен. Крайними выводами нагрузки 4. названы те выводы при помощи которых она соединена со входами триггера 9 через диоды 12 и 13. Эквивалентом индуктивного элемента - нагрузки .4 может быт произвольная совокупность элементов обладающая индуктивным характером. Диоды 25 и 26 вместе с конденсатором 27 представляют собой источник питания триггера 9. Инвертор работает следующим образом. В некоторый момент времени триггер 9 устанавливается в такое из двух возможных положений, при котором закрыт ключ 17 и открыт ключ 18 Соответственно на одной из первичных полуобмоток первичной обмотки коммутирующего трансформатора (выводы 23 и 20) и на его вторичной об мотке 30 появляется напряжение. Полярность обмотки 30 выбрана такой, при которой в рассматриваемый момент времени ее сигналом открывался бы ключ 1 и закрывался бы ключ 2. При этом диод 12 включен в прямом направлении, и на вход 10 триггера 9 поступает внешний сигнал с вывода б нагрузки 4, удерживающий дополнительно ключ 17 триггера 9 в запертом состоянии, диод 13 включен в обратном направлении, и на входе 11 триггера 9 внешний сигнал отсутствует. Ключ 1 инвертора остается открытым до момента насьадения коммутирующего трансформатора 3. С момента насыщения коммутирующего трансформатора 3 напряжение на его обмотках равно нулю (ток.его первичной обмот-. ки при этом ограничен резистором 22), и все ключи инвертора оказываются закрытыми. Известно, что напряжение на конденсаторах не может мгновенно изменяться, поэтому напряжение на конденсаторе 27 в течение всего процесса запирания ключа 1 остается практически неизманньш. Так как при этом потенциал среднего вывода нагрузки 4 фиксирован,- то потенциал вывода 6 нагрузки 4 в течение всего времени запирания ключа 1 не изменяется и примерно равен потенциалу шины 8 питания инвертора, т. е. весь процесс запирания ключа 1 осуществлен в наиболее благоприятных для него условиях при очень малом значении напряжения на ключе 1. После запирания ключа 1 происходит колебательный процесс в контуре, образованном индуктивностью нагрузки 4и емкостью конденсатора 16. Этот процесс заключается в том, что конденсатор 16 разряжается, а затем перезаряжается, в результате чего напряжение на закрытом ключе 1 достигает примерно удвоенного значения напряжения питания инвертора, а напряжение на закрытом ключе 2 уменьшается примерно до нуля, и наступает момент, когда, потенциал вывода 7 нагрузки 4 оказывается запиракиоим для ключа 18 триггера 9. В этот момент диод 13 оказывается включенным в прямом направлении и ключ 18 триггера 9 запирается, Т; е, происходит переключение триггера 9. К моменту переклн - чения триггера 9 на его втором входе 10 отсутствует внешний сигнал, так как lia выходе 6 нагрузки 4 имеется высокое напряжение, и диод 12 включен в обратном направлении. В результате переключения триггера 9 первая полуобмотка (выводы 23 и 20) коммутирующего трансформатора 3 отключена (ключ 18 закрыт), а ко второй его полуобмотке (выводы 23 и 19) приложено напряжение. Соответственно на вторичной обмотке 30 появилось напряжение обратного знака по отношению к имевшемуся ранее. Этим напряжением дополнительно запирается уже закрытый ключ 1 и отпирается ключ 2, на котором в этот момент напряжение примерно равно нулю, эти условия, наиболее благоприятные для отпирания ключа. Дгшьше процессы повторяются аналогично описанным.

Таким образом, и запирание и отпирание ключей инвертора осуществлено при очень низком напряжении на них, благодаря чему практически полиостью исключены динамические потери, имекядиеся в известном устройстве, т. е. устранен его недостаток повышена надежность.

Так как переключение каждого ключ происходит раздельно (сперва - запирание одного ключа, потом - отпира- ние другого ключа) и только при низком напряжении на нем, то, во-первых от изменения параметров нагрузки практически не увеличиваются динамические потери в ключах и, во-вторых, полностью исключены.сквозные токи, являющиеся также существенным недостатком ряда аналогичных известных- устройств, снижающих их надежность.

Кроме того, наличие конденсатора 16 позволило устранить коммутационные перенапряжения на ключах и тем самьм дополнительно повысить надежность устройства.

Описанный режим работы инвертора - автоколебательный. В режиме работы с внешним -возбуждением ключи 1« и 2 инвертора поочередно запираются короткими импульсами внешнего генератора,, поступающими на входы 28 и. 29 инвертора.

В полумостовом варианте исполнения (см. фиг. 2) первичная обмотка 4 силового трансформатора 5 выпол- нена со средним выводом. Крайний вывод б этой обмотки не соединен сключами, но соединен через диод 12 со входом 10 триггера 9; крайний вывод 7 , соединен через ключ 2 с шиной 8 питания инвертора и через ключ 1-е шиной 24 питания инвертора, При работе инвертора напряжение на ключах 1 и 2 не превышает величины напряжения питания инвертора,

Соединение одной из шин питания триггера 9 через диоды 25 и 26 с крайними выводами б и 7 нагрузки 4 через конденсатор 27 - с шиной 24 питания инвертора позволило рас-, ширить область применения инвертора в частности, применить его в качестве регулируемого с неполностью открывающимися ключами 1 и 2.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства

заключается в том, что один из основных показателей надежности коэффициент нагрузки по пиковой мощности ключей инвертора улучшен в 10 раз в инверторе, разработанном на напряжение питания 20 В при индуктивном токе выключения ключей, равном 1А. При повышении напряжения (1итания инвертора эффективность предлагаемого устройства повышается.

10

Формула изобретения

которые крайние выводы первичной обмотки выходнрго трансформатора соединены с одним из входных выводов цля источника питания, другой из которых подключен к средней точке указанной обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен дополнительным двухвходовым элементом, соединенным своими входами через

диоды с крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, а выходами - с первичной обмоткой ко№лутирь щего трансформатора

инвертора.

диоды, которые соединены с крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, и через конденсатор - со средней точкой первичной обмотки коммутирующего трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).

с. 338.