Инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 

(54) ИНВЕРТОР

I

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в частности в стабилизированных преобразователяк напряжения с широтноимттульсным регулированием.

Известен инвертор напряжения , в котором для устранения режима сквозных токов , обусловленного эффектом рассасыванля избыточного заряда в базах закрываемых транзисторов, используются насыщенные транзисторные ключи с нелинейной отрицательной обратной связью по току, причем в ненасыщенный режим ключи переводятся перед переключением транзисторов силовой части инвертора LMts

Однако данный инвертор не может быть использован при широтно-импульсном регулировании с изменяющейся паузой на нуле. Кроме этого массо-габаритные показатели дополнительного тран- jo сформатора и дросселя достаточно велики.

Известен также ннвергор, который содержит блок управления с трансформаторным выходом соединенный с управляющим

входом каждого транзистора двухтактного усилителя мощности через последовательно соединенные базовые резистсф и диод, шунтированные обратно включенным диодом, причем коллектор транзистора связан с точкой соединения базовых резистора и диода через вспомогатепьный диод. Вспомогательный циоа поддерживает транзисторы инвертора в ненасыщенном режиме

Недостатком известной схемы является увеличенное падение напряжения между коллектором и эмиттером открытого транзистора по сравнению с падением напряжения между указанными электродами в режиме насыщения, что связано с работой транзистора в активной области. Вследствие этого, статические потери мощности от открытом т ганзисторе возрастают и снижается КГ.Д инвертора.

Цель изобретения - повышение КПД инвертора.

Эта цель достигается тем, что инвертор, содержащий блок упраагюния с тран- сформагорным выходом соединенным с управляющим вкодом каждого транзистора двухтактного усилителя мощности через последовательно соединенные базовые резистор и диод, шунтированные обратным диодом, причем коллектор транзистора связан с точкой соединения ба- зовык резистора и диода через вспомогательный диод, а каждая пара соответствующих транзисторов двухтактного усилителя мощности снабжена дополнительным двухобмоточным насыщающимся трансформатором, каждая из этих обмоток включена последовательно со вспомогательным диодом, .причем к одноименным электродам вспомогательных диодов этой пары подключены разноимен ные концы этих обмоток. На фиг, 1 приведена принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 (а,б,в,п, д, е,ж) - временные диаграммы, поясняющие его работу. Инвертор состоит из ключевых транзисторов 1-4, выходного трансформатор 5, включенного в диагональ моста, образованного указанными транзисторами, ко вторичной обмотке которого подключено сопротивление нагрузки .6. Импульсы управления транзисторами снимаются со вторичных обмоток согласующих трансформаторов 7-8, входящих в оконечный каскад блока управления и через последовательно соединенные ограничивающие резисторы 9-12 и базовые диоды 13-16 подаются в базовые цепи транзисторов инвертора. К коллектору каждого транзистора подключен диод 17-20, который совместно с базовым диодом и одной из обмоток насыщающегося трансформатора 21-22 образуют цепь нелинейной обратной связи потоку Насыщающийся, трансформатор 21-22 вы полнен на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса и имеет две одинако вые обмотки W 1,W2, которые разноименными концами включены между одно именными выводами базовых диодов и диодов обратной связи. Таким образом цепочка, состоящая из последовательно соединенных базового диода, диода обра ной связи и обмотки насыщающегося тр сформатора шунтирует коллекторно-базо вый переход транзистора. Импульсы управления, поступающие на транзисторы 1-2 и 3-4, входящие в разные стойки, находятся в противофазе Формы импульсов базового тока транзисторов 1-2 и Зт4 приведены на фиг. Sд 2a, б, в, г. Между импульсами управления, поступающими со вторичных обмоток трансформаторов 7 и 8 имеется некоторый фазовый сдвиг Чо (фиг. 2). Благодаря такому закону переключения транзисторов выходное напряжение инвертора имеет паузу, на нуле (фиг. 2, ж). Изменяя с . помощью системы управления величину фазового сдвига управляющих им.пульсов можно осуществлять широтно-импульсное регулирование выходного напряжения. Для уменьшения времени выключения транзистора ограничивающий резистор и базовый диод зашунтированы обратно включенным запирающим диодом 23 - 26, который отпирается при появлении на вторичной обмотке согласующего трансформатора напряжения с полярностью, противоположной полярности напряжения, отпирающего транзистор. Так как процессы, происходящие при переключении транзисторов 1-2 и 3-4 идентичны, для объяснения работы схемы рассмотрим процесс переключения транзисторов 1 и 2. Предположим, что в момент времени t -, (фиг. 2) сердечник насыщающегося трансформатора 21 за счет процессов, происходящих в предыдущем полупериоде находится в состоянии отрицательного насыщения ( -В ), где В -индукция насышения материала сердечника. В момент t Q на вторичной обмотке согласующего трансформатора 7 появляется управляющее напряжение с полярностью, которая для транзистора 1 является отпирающей. Транзистор 1 начинает отпираться и по истечении времени 1ф , которое определяется частотными .„ свойствами транзистора переходит в состояние насыщения. С момента 1р начи- начется перемагничивание сердечника насыщающегося трансформатора из состояния (-В) в состояние (+Вд). На интервале перемагничивания индуктивное сопротивление обмотки W 1 для всех гармоник входного тока транзистора Э „.. велико и в цепи диода 17 протекает т;ок намагничивания сердечника, имеющий весьма малую величину. При этом цепь нелинейной отрицательной обратной связи по току оказывается разомкнутой, .ток базы транзистора 1 равен входному току (фиг. 2,а) и транзистор поддерживается в режиме насыщения. При этом напряжение между эмиттером и коллектором, транзистора 1 равно Ug «oic ) Транзистор 2 в интервале х„ - 1д заперт отрицательным напряжением обмотки управления трансформатора 7 и напряжение на его соллекторе примерно равно напряжению источника питания Е (фиг. 2,е). Параметры насыщающегося трансформатора 21 (22) выбраны так, что время его перемагнич 1вания из состояния ( -B в состояние (В) несколько меньше длительности отпирающего импульса тока (фиг. 2а). Поэтому в момент времениЛ д сердечник трансформатора насыщается, индуктивное сопротивление обмотки W1 резко уменьшается, отпирается диод 17 и начинает действовать цепь нелиней ной отрицательной обратной связи по току. В результате ее действия ток базы транзистора уменьшается До величины 3jj (фиг. 2,а), а рабочая точка транзистора сказывается в активной области на границе насыщения. Напряжение мезкду эмиттером и коллектором при этом возрастает до величины (фиг. 2, д). В интервала времени i . благодаря действию Отрицательной обратной связи по току величина тока базы транзистора автоматически поддерживается такой, что транзистор находится на границе активной области и области насыщения. При этом разность входного D и базового 7) (5 токов протекает в цепи диода 17 В таком режиме схема находится до момента времени t , пока не произойдет смена полярности управляющих напряже- НИИ на вторичных обмотках трансформа. тора 7.. Так как в результате действия обратной с.вязи транзистор 1 к моменту t находится в активном режиме, то при появлении запирающего напряжения умень шение его коллекторного тока начинается одновременно с увеличением тока коллектора транзистора 2, на базе которого действует отпирающее напряжение. Следовательно, в интервале коммутации транзисторы 1 и 2 находятся в .активном режиме (фиг. 2, д, е), в результате чего сквозной ток в стойке инвертора устра няется. После запирания транзистора 1 сердечник насыщающегося трансформатора перемагничивается из состояния (+Bg) в состояние (-В) под действием напряжения, действующего на обмотке W 2. В дальнейшем процессы в схеме повторяются. . Как следует из описания работь схемы, наличие насыщающегося трансформа- тора в цепи нелинейной отрицательной обратной связи по току приводит к тому, что в течение большей части интервала открытого состояния транзистора он поддерживается в режиме глубокого насыще- кия и только перед поступлением запирающего импульса (интервал t, - О с помощью цепи обратной связи переводится в активный режим. Поэтому потери мощности на открытом транзисторе в инверторе значительно меньше, чем в схеме известного устройства, вследствие чего повышается КПД инвертора и его надежность. Формула изобретения Инвертор, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, соединенный с управляющим входом каждого транзистора двухтактного усилителя мощности через последовательно соединенные базовые резистор и диод, шунтированные обратно включенным диодом, причем коллектор транзистора связан с точкой сое- динения базовых резистора и диода через вспомогательный диод, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, каждая пара соответствующих транзисторов двухтактного усилителя Мощности снабжена дополнительным двухобмоточным насыщающимся трансформатором, а каждая из этих обмоток включена последовательно со вспомогательным диодом, причем к одноименным электродам вспомогательных диодов этой пары подключены разноименные концы этих обмоток. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2442476/О7, кл. Н 02 М 7/537, 1977, 2.Сб. Устройства вторичных источников электропитания. М., Знание МДНТП, 1976, с. 76, рис. 2.

-hff

Ф

5

.

t ft.

f9

wi

№U

я. S

-И-15

«Г