Мостовой инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

(54) МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения в переменное посредством инверторов со ступенчатым регулированием выходного напряжения.

Известны мостовые инверторы со ступенчатым регулированием выходного напряжешя, содержащие выходной трансформатор с первичной обмоткой, ксйшы которой и отвод от промежутговдой товси соединены с входными выводакш инвертора через управляемые ключи 1)

Одиако в данном инверторе в процессе переключения, смежных ключей (транзисторов) возникает сквозной ток, приводящий к nejpeгрузке транзисторов и снижению КПД.

Наиболее близким к изобретению является транзистортый инвертор с выходным трансферматором, имеющим две первичные обмотки, в котором сквозные токи практически отсутствуют, за счет действия индуктивности рассеяния обмоток 2.

Однако в таком инверторе к транзисторам приложено напряжение более, чем вдвое превышающее напряжение питания инвертора.

Цель изобретения - снижение напряжения на транзисторах и тем самым повышение надежности.

Цель достигается тем, что в мостовом инверторе, содержащем выходной трансформатор с двумя первичными обмотками, каждая из которых первым концом соединена через первый транзистор и диод с одним входным выводом инвертора и отводом через второй трат1зистор с тем же входным вьтодом инвертора, введены два дополнительных транзистора, соединяюишх вторые концы обмоток с другим входным выводом инвертора я два диода, соединяющие первые концы обмоток с другим входным вьтодом инвертора.

На чертеже схематически изображено устройство.

Инвертор содержит задающий генератор 1 с парафазиым выходом, соединенный через блок 2 правления, подключгнный к источнику управляющего напряжения U , к преобразо38ватели 3 и 4 уровня с шестью входами двухтактного усилителя 5 мощности на шести транзисторах с выходным трансформатором 6, имеющим две первичные обмотки. Начало первой обмотки 7 подключено через диод 8 к коллектору транзистора 9, через диод 10 к плюсовому входному выводу инвертора, ее отвод - к кол лектору транзистора И, а конец - к коллектору транзистора 12, который эмиттером подключен к тому же входному выводу, а базойк выходу преобразователя 3 уровня. Начало второй обмотки 13 подключено к коллектору транзистора 14, эмиттер которого соединен с флюсовым входным выводом, а база - с выхо Дом преобразователя 4 уровня, отвод второй обмотки - к коллектору транзистора 15, а ее конец через диод 16 - к коллектору транзистора 17 и через диод 18 к плюсовому входному выводу. Эмиттеры транзисторов 9, II, 15 и 17 подключены к минусовому входному выводу. Инвертор работает следующим образом. Сигнал с одного из парафазных выходов задающего генератора 1 подключен к одному из входов блока 2 управления и ко входу преобразователя 3 уровня, а с другого выхода генератора 1 - ко второму входу блока 2 управления и ко входу преобразователя 4 уровня. На третий вход схемы 2 управления поступает управляющее напряжение U . величина которого изменяется, например, пропор;ционально изменению напряжения первичного источника питания или выходного напряже ния инвертора. Сигналы с выходов схемы 2 уп равления и преобразователей 3 и 4 уровня поступают на шесть входов усилителя 5 мощности, выходной трансформатор 6 которого имеет две одинаковые первичные обмотки. Начало первой обмотки 7 может коммутироваться через диод 8 и открытый транзистор 9 на минусовой входной вывод, а с плюсовым входным выводом соединено через диод 10. Отвод данной обмотки через открытый транзистор 11 мо жет соединяться с минусовым входным выводом, а конец ее через транзистор 12 - с плюсовым входным выводом. Первичная обмотка 13 может коммутироваться началом через тран зистор 14 к плюсовому входному ъывору, а к минусовому вью оду - отводом через транзистор 15 и концом через диод 16 и транзистор 17. Диоды 18 и 10 служат для ограничения величины напряжения соответственно конца обмотки 13 и начала обмотки 7, за счет чего напряжение указанных точек относительно минусовой пшны источника питания не может превышать величину питающего напряжения U Блок 2 управления в зависимости от величины управля19Щего напряжения U может находаться в одном из двух состояний; если величина напряжения U больше порога срабатьшания блока 2 управления, то данный блок закрывает транзисторы И и 15 и поочередно открьгаает транзисторы 9 и 7, коммутируя на нх базы парафаэные сигналы зада ощего генеpatopa 1; если величина напряжения U меньше порога срабатывания, то блок 2 управления закрывает транзисторы 9 и 17 и поочередно опсрьюает транзисторы 11 и 15, коммутируя на их базы парофазные сигналы генератора 1. На базы транзисторов 12 и 14 парафазные сигналы генератора 1 соответственно через преобразователи 3 и 4 уровня поступают в любом режиме, независимо от состояния блока 2 управления, причем в первом состоянии транзистор 12 открывается и закрывается одновремен- но с транзистором 9, транзистор 14 - с транзистором 17, а во втором состоянии транзистор 12 - с транзистором И, транзистор 14 - с транзистором 15. Преобразователи 3 и 4 уровня осуществляют привязку сигналов генератора 1 к потенциалу плюсовой шины источника напряжения и, так как к зтой 1иине подключены змиттеры транзисторов 12 и 14 р п-ртипа проводимости. Управляющие сигналы, поступающие на базы транзисторов 9, 11, 15 и 17 п-р-п-типа проводимости, привязаны к потенадалу минусовой щины источника напряжения Ujj, подключенной к эмиттерам этих транзисторов. Таким образом, пока выходное напряжение инвертора достаточно велико, напряжение сигнала управления U превыщает порог срабатывания блока 2 управления, транзисторы 11 и 15 закрыты, и попарно происходит переключение транзисторов 9, 12 и 17, 14, а значит к истошшку напряжения и поочередно подключаются первичные обмотки 7 и 13 трансформатора 6. Коэффициент трансформации из первичной во вторичную обмотки трансформатора 6 при этом имеет минимальное значение. Первичные обмотки 7 и 13 трансформатора 6 имеют по две секции: основную, включенную между коллекторами транзисторов 11, 12 или 14, 15, и дополнительную, включенную соответственно между коллектором транзистора 11 и общей точкой диодов 8 и 10 или коллектором транзистора 15 и общей точкой диодов 16 и 18. При уменьшении выходного напряжения инвертора до значения, когда величина напряжения и становится меньше порога срабатывания блока 2 управления, транзисторы 9 и 17 закрываются и происходит П(Я1арное переключение транзисторов 11, 12 и 15, 14. Напряжение источника и в зтом случае поочередно подключается только на основные секции обмоток 7 и 13, что приводит кувеличению коэффициента трансформации из первичной во вторичную обмотки трансформатора 6, а знатат и к yserai чению выходного напряжения инвертора. Таким образом, при изменении напряжения сигнала управления Uynp.. зависящего от выходного напряжения инвертора, в ту или другую сторону от велифшы порога срабатывания блока 2 управления происходит изменение коэффициента транс формация выходного трансформатора 6, что обеспечивает стабилизацию выходного напряжеНИН вторичного источника напряжения. Величина напряжения между коллектором и змиттером любого из закрытых транзисторов предлагаемого устройства значительно меньше, чем в известном. Указанная величина имеет максимальное значение при работе данного устройства в режиме с наибольшим коэффициентом трансформации из первичной во вторичную обмотки трансформатора 6, когда транзисторы 9 я 17 закрыты, а попарно и поочередно открываются транзисторы 11, 12 и 15, 14. Рассмотрим, например, режим работы устройства , когда закрыты транзисторы 9, 11, 12 и 17 и открыты транзисторы 14 и 15. Напряжение неточника питания постоянного, тока Uj в этом случае приложено к основной секции обмотки 13, подключенной к- коллекторам транзисторов 14 и 15 (падением напряжения на открытых транзисторах здесь н в дальнейшем можно пренебречь, так как эти величины много меньше напряжения источника питания U), причем плюсом к началу обмотки 13, а минусом - к ее отводу. В дополнительной секции обмотки 13 наводится ЭДС, приложенная минусом к концу обмотки 13. Диод 16 препятствует возннкновению режима короткого замыкания дополнительной секции обмотки 13 через открытые переходы транзисторов 15 и 17 В первичной обмотке 7 наводится ЭДС E ЕО + Е(7 , ,где Еп17 - ЭДС дополнительной секции. При равенстве обмоточных данных обмоток 7 и 13 обеспечивается равенство ЕО Up . Чнсло витков дополнительной секции, а следовательно, и величина EQ.. определяются пределами требуемого изменения выходного напряжения инвертора. На практике ведшчина В д. не превышает 10-15% величину EQ. Наводимая в этом случае ЭДС Е-, приложена плюсом к началу обмотки 7, минусом - к ее концу. Напряжение начала обмотки 7 относительно минусовой шины источника напряжения U не может быть больше величины, равной сумме напряжекия и и падения напряжения Кю на диоде 10 Вследствие зтого напряжение между коллектором и эмиттером закрытого транзистора 9 не превышает величины ицэ()) -п закрыТОГО транзистора 12 - величины (1М . Uf + ЕЛ-, - DID- Аналогично при открытых транзисторах 11 и 12 максимальные величины напряжен между коллектором н эмиттером закрытых транзисторов 17 и 14 равны соответ.ственно кэ-п (пах) П кэнтсач где Е величина ЭДС, наводимой в дополнительной секции обмотки 13; UIB - падение напряжения на диоде 18. При работе инвертора в режиме с минимальным коэффициентом трансформации выходного трансформатора 6 напряжение источника постоянного тока Ufi поочередно прнкладывается к пе юичным обмоткам 7 н 13 и максимальные напряжений между коллектором и эмиттером закрытых транзисторов 9, 17, 12, 14, 11 и 15 равны соответственно Ksgiwiqifc) (Ыал)пкэп(1иак) , K3-f4( K9H(man; K915(VTKS() п С ЗТакнм обозом, максимальная величина напряжения между коллектором и эмиттером любого из закрытых транзисторов превьпиает величину напряжения первичного источника питания Up на величину не более ЭДС, наводимой в дополнительной секции первичной обмотки 7 или 13. Следовательно, величина поаваемого на предлагаемое устройство напряжения первичного исто«во1ка питания U может остигать значения n ax-W-o,9)U К9 rtiax где 1кэ(та. максимально допустимая для применяемого типа транзисторов величина напряжения между коллектором и эмиттеромФормула изобретения Мостовой инвертор со ступенчатым регулиова}шем входного напряжения, содержащий ыходной трансфс матор с двумя первичными бмотками, каждая из которых первым коном подключена к первому входному вьшоду нвертора через последовательно соединенные ервый диод и первый транзистор, а отводом т промежуточиот точки соединена с первым