Транзисторный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено, в частности, как универсальный силовой ключ с гальванической развязкой в мос товых, полумостовых однотактовых инве торах, используемых для преобразовав ния постоянного напряжения в переменноё. Известен транзисторный инвертор, содержшций трехфазный мостовой инвертор на параллельно соединенных в одном плече транзисторах, выходные обмотки трех управляющих генераторов прямоугольной формы, работающих со взаимным сдвигом (120)и осуществляющих переключение силовых транзисторов трехфазный маломощный выпрямитель на полупроводниковых диодах, подключенный через резисторы к средним точкам мостовой схемы, резисторы и обмот ки электромеханического реле, образую щие мостовую схему. В блоке защиты ис пользуется обратная связь релейного, типа, которая срабатывает при превыше нии напряжения на открытом транзисторе более чем 3-4 В. Отличительной осо- . ;бенностью устройства является то, что чувствительные элементы защиты включены в балансную мостовую схему, равновесие которой нарушается при выходе транзисторов какого-либо плеча из ре- жима насьЩ;ения р 1. Однако у указанного мостового инвертора отсутствует защита от перегрузок по мощности рассеяния и по току коллектора, что значительно снижает надежность работы устройства. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство, которое содержит силовые транзисторы, задающий генерат тор, обеспечивающий двухтактный режим работы, промежуточный усилитель, который через усилители .токов подсоединен к базам силовых транзисторов, источник питания цепей управления и изм рительную схему, выполненную в виде 385 двухвходового усилителя, один вход которого соединен с эмиттерами силовых транзисторов через разделительные диоды, а другой с источниками опорного напряжения измерительной схеме величина опорного напряжения сравнивается с суммой падений напряжений на насыщенном силовом транзисторе между коллектором и эмиттером, и разделитель-.. ном диоде. При превышении измеряемого напряжения относительно опорного увеличивается амплитуда напряжения питания промежуточного усилителя и,, как ..следствие, ток базы силового транзистора, причем промежуточный усилитель выполняет в этом случае функции аналогового ключа, на аналоговый вход которого подается напряжение питания fa на управлянщий вход импульсы с зада ющего генератора. Однако в этом устройстве измерител ная схема реагирует не на величину то ка силового транзистора, а на величин напряжения между коллектором: и эмитте ром открытого транзистора, поэтому, во-первых, при напряжениях питания си ловых транзисторов, сравнимых с напря жением на опорном элементе, схема будет работать при низком КПД (большой базовый ток не будет давать соответствующего напряжения на насьоценный коллектор-эмиттер силового транзистора) , во-вторых, транзистор не-защищен от перегрузки током в коллекторной и базовой цепях, в- третьих, параллельное соединение силовых транзисторов с индивидyaльны a схемами управления невозможно, так как измерительная схе ма будет реагировать на суммарное кол лекторно-эмиттерное напряжение насыще ния параллельно включенных силовых транзисторов. Кроме того, коэффициент передачи обратной связи, определяющей базовый ток силового транзистора, зависит как от температуры, так и от индивидуальных характеристик элементов схемы. Цель изобретения - повышение надежности и КПД инвертора. Поставленная цель достигается тем что в транзисторном инверторе, содержащем силовой транзистор, коллектор которого соединен с одним из выводов для подключения нагрузки, задающий генератор, соединенный с управлякидим входом аналогового ключа, выход которого через усилитель тока подключен к базе силового транзистора, измери4тельный узел, выполненный на дифференциальном усилителе , один из входов которого подклйочен к эмиттеру силового транзистора, а второй - к узлу опорного напряжения, и источник питания цепей управления, причем другой вывод для подключения нагрузки соединен с одним извыводов для подключения источника питания инвертора, в измерителыай узел введены резистивный мост, второй Дифференциальный усилитель и аналоговый сумматор, при этом одна диагональ резистивного моста .включена между эмиттером силового транзистора и общим выводом источника питания цепей управления, а другая диагональ подключена ко входам, второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключен ко второму выводу для подключения источника питания инвертора, вькоды дифференциальных усилителей подключены ко входам аналогового сумматора, а выход последнего к аналоговому входу аналогового ключа. На чертеже представлена функциональная схема инвертора. Транзисторный инвертор содержит силовой транзистор 1, коллектор которого через нагрузку 2 подключен к одному из выводов для подключения источника 3 питания инвертора, измерительный узел 4, состоящий из резистивного моста 5 на резисторах 6, 7, 8 и 9, одна из диагоналей которого подключена к эмиттеру силового транзистора и общему выводу 10 источника питания цепей уп равления, первого дифференциального усилителя 11, один из входов которогоподключен к эьшттеру силового транзис тора, а другой к узлу 12 опорного напряжения, второго дифференциального усилителя 13 и аналогового сумматора 14, выход которого подключен к аналоговому входу аналогового ключа 15, управляющий вход последнего соединен с выходом задающего генератора 16, а выход через усилитель 17 тока к базе силового транзистора 1. Входы второго дифференциального усилителя 13 подключены ко второй диагонали резистивного моста 5, а инвертирующий вход и ко второму выводу для подключения источника 3 питания инвертора. Выходы дифференциальных усилителей 11 и 13 подключены ко входам аналогового сумматора 14. Транзисторный инвертор работает следующим образом. При поступлении отпирающего сигнал с генератора 16 на управляющий вход аналогового ключа 15 выходное напряжение сумматора 14 через аналоговый ключ 15 подается на усилитель 17, определяя величину тока базы силового транзистора 1, отпирающего последний. По коллекторной цепи силового транзистора 1 через нагрузку 2 начинает протекать ток. При увеличении коллекторного тока силового транзистора I от О до .P диагонали резистивного Носта 5 разностное напряжение через дифференциальный усилитель 13, сумматор 14, аналоговый ключ 15, усилитель 17 увеличивает базовый ток силового транзистора до балансировки резистивного моста. При выборе соответствующих величин сопротивлений моста 5 поддерживается постоянное отношение Ij j t«. Действительно, из принципиальной схемы,видно, что Ц 1ч 1 I. In R 0+1« R1 3 -(а 4 Благодаря существующей обратной связи через дифференциальный усили - -,: тель 13 вьшолняется Uo L Если , то 9 ж Йд.. откуда 12,- i lo Rg i 9 Ц «RQ/RP или ,тогда 1и/1ч Ко/ в -1 при I, и Ь ЛТаким образом, существующая обрат ная связь позволяет поддерживать пост янным отношение Цво всем диапазо не токов коллектора транзистора 1 от Rvno обеспечивая минимальные потери в цепи управления и максимально возможное быстродействие на отключение, так как степень насыщения тран зистора всегда оптимальна. При злвеличении тока коллектора силового транзистора 1 IK . полняется условие (, 7 U на выход нелинейного дифференциального усилите ля П появляется ток, направление кот рого противоположно направлению йыход ного тока линейного дифференциальиого усилителя 13, общий выходной ток сумматора 14 уменьшается, что приводит к уменьшению величины тока на выходе усилителя 17 тока, и, как следствие, к уменьшению тока базы силового тран зистора 1, который начинает подзапираться, увеличивая коллекторно-эмит- . териое напряжение. Последнее приводит к увеличению тепловой мощности, выделяемой на силовом транзисторе 1. Дальнейшее увеличение коллекторного тока приведет к линейному уменьшению тока базы силового транзистора t и увеличению выделяемой на нем тепловой мощности. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не сработает тепловая защита, отключающая задающий генератор 16 (тепловая защита совмещена с задающим генератором), который закроет силовой транзистор 1. Таким образом, предлагаемый транзисторный инвертор обеспечивает при увеличении коллекторного тока силового транзистора 1 линеййое увеличение тока базы в диапазоне токов коллектора от О до 5к уио1к линейное уменьщение тока базы при увеличении тока коллектора Иц 3 к -ло|ц. и отклонение силового транзистора 1 при его иагреве. Такое управление током базы силового транзистора 1 позволяет увеличить стабильность и точность поддержания отношения тока базы к току нагрузки, увеличить КПД при Majttix напряжениях и токах нагрузки, предотвратить перегрузки по токам базы и коллектора, упростить параллельное соединение силовых транзисторов без выравниваю г щих сопротивлений в цепи эмиттера, так как за счет обеспечения линейной зависимости тока базы от величины тока коллектора происходит автоматическое выравнивание коллекторно-эмиттерных напряжений и равноьсерное перераспределение токов через них. Формула изобретения Транзисторный инвертор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с одним из выводов для одкгаочения нагрузки, задающий генеатор, соединенный с управлякицим вхоом аналогового ключа, выход которого ерез усилитель тока подключен к базе илового транзистора, измерительный зел, выполнен1о 1й на дифференциальном силителе, один из входов которого одключен к эмиттеру силового транзисора, а второй - к узлу опорного напряения, и источник питания цепей управения, П{Личем другой вывод для подклюения нагрузки соединен с одшох из выодов для подключения источника питаия инвертора, отличающийся ем, что, с целью повышения надежиости КПД, в измерительный узел введены езистивный мост, второй дифференци7851альный усилитель и аналоговый сумматор при этом одна диагональ резистивного моста включена между эмиттером силового транзистора и общим выводом источника питания цепей управлеййя, а другая .диагональ подключена ко входам второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключён ко второму выводу для подключения источника питания инвертора, выходы дифференци8альных усилителей подключены ко входам аналогового сумматора, а выход последнего - к аналоговому входу аналогового ключа. Источники информации., принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 192910, кл. Н 02 М 7/48, 1967. 24 Авторское свидетельство СССР W 470048, кл, Н 02 М 7/515, 1977.