Инвертор с регулируемой шириной импульсов выходного напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 G05F1/56 

Изобретение относится к преобразо вательной технике и может быть испол зовано в системах вторичного электро питания а именно в стабилизированных инверторах с широтно-импульсной моду ляцией напряжения. Известны инверторы регулируемой длительностью импульсов выходного напряжения, содержание магнитный насыщающийся элемент и задающий генера тор стабильной частоты Ц j. Недостатком этих устройств яаяяет ся инерционность изменения и (аирины импульсов при изменении управлякв го напряжения. Больишм быстродействием обладают инверторы, содержаиие полумостовой несимметричный транзисторный автогенератор, в котором параллельно одному из транзисторов включена первичная обмотка насьвцающегося трансформа тора через источник управляющего нап ряжения 2 . В таких инверторах не обеспечивается постоянство частоты выхошога импульсов и низок КПД, так как приве денный ток нагрузки, проходя через источник управляющего напряженря, в нем значительные потери мощности. Цель изобретения - повышение КПД и стабильности частоты выходных импульсов. Эта цель достигается тем, что в инвентрре, содержащем прлумостовой транзисторный автогенератор и насыщахшшйся трансформатор, первичная обмотка которого через источник управляющего напряжения подключена паргшлельно однсллу из транзисюров автогенератора, введен дополнительный выходной трансфО яатор, первичная обмотка которого шунтирована через диод и резистор первой дополнительной оСМоткой насьидающегося трансформатора и подк1шчена параллельно транзистору автогенератора через дополнительный транзистор, вход которого соедииен со второй дополннтельной обмоткой иасыпа1ав|егося трансформатора. На чертеже прнведена электрическая схема предла1:аемого устройства. Иивеитор состоит из насыщающегося трансформатора 1, дополнительного чрамсформатора 2, транзисторов 3-5 (в качестве элемента 4 может использоваться не только транзистор, а лювой ключ, например, зa вiкaющий диод силового каскада импульсиого стабилизатора). Первичная обмотка 6 траисформатора одним концом присоединена к источнику управляюсцэго напряжения Vy, другим концом- к точке соединения транзисторов 3 и 4. Базы этих транзисторов через ре.зистрр 7 подключены к обмотке обратной связи 8. Источник питания Vn и источник управляющего напряжения соединены .одноименными полюсами, Обмотка 9 дополнительного трансформатора 2 одним концом подсоединена к общей точке транзисторов

3и 4, другим концом через транзистор 5 - к точке соединения источников V и Vjj, а через диод 10 и резистор 11к дополнительной обмотке 12 основного трансформатора. Выходная обмотка

13 расположена на сердечнике трансформатора 2. Базовая цепь транзистора 5 подключена к обмотке 14 трансформатора 1 через резистор 15.

Схема работает следующим образом.

В течение первого интервала времени (t ) напряжениями на обмотках 8 и 14 транзисторы 3 и 5 открыты и находятся в насыщении, а транзистор

4закрыт. ДиоД 10 заперт напряжением на обмотке 12. При этом к обмотке 6 трансформатора 1 через транзистор 3 приложена разность напряжения V

а к обмотке 9 трансформатора 2 через транзисторы 3 и 5-(напряженйе V). В течение этого интервала происходит перемагничивание сердечников обоих трансформаторов от состояния насшцения, до которого сердечники были размагничены в предыдущем интервгше. Параметры трансформаторов выбраны такими , что в течение временн t сердечник трансформатора 2 перемагничивается полностью, а сердечник трансформатора 1- неполностью.

При насыщении сердечника трансформатора 2 возрастает ток его намагничивания, протекающий через обмотку 9, а а следовательно, и коллекторные токи транзисторов 3 и 5, Режим базовых цепей этих транзисторов выбран таким, что при увеличении иамагничивамиего тока первым из насьвцения выходит транзистор З.При этом напряжение на обмотках 6 и 8 падает, что способствует выходу из насыщения транзистора 3, и развивается лавинс образный процесс переключения схемы, как в обычном магнитном мультивибраторе. В результате транзисторы 3 я 5 оказываются запертыми, а транзистор 4 открытым. Время полного перемагничивиния сердечника трансформатора 2 определяеся известны выражением

2 BS2 QaWa

n)

t,Vn

где 85 HQi -индукция насыщения и площадь поперечного сечения трансформато-. ра 2} Wj- число витков обмотки 9

Изменение индукции в сердечнике трансформатора 1 в течение времени t происходит на величину М (Уп - Уу)

U.B

(2)

где. Q - площадь поперечного сечения сердечника трансформатора 1J

W;j - число витков обмотки 6. В следующим интервале (t ) к обмотке 6 через транзистор 4 приложено напряжение V/ , а к обмотке 9 через открытый диод 10 и токоограничивающий резистор 11 - напряжение на обМотне 12. Это напряжение должно быть такой величины чтобы полное обратное перемагничивание сердечника трансформатора 2 происходило за время, меньшее времени t. После насыщения сердечника трансформатора 2 ток через обмотки 12 и 9 будет ограничиваться резистором 11, Поэтому.насыщение сердечника трансформатора 2 не приведет к зна читальному увеличению коллекторного тока транзистора 4 и не вызовет переключения схемы. При насыщении же сердечника трансформатора 1 ток обмотки 6 начинает возрастать, приводя к выходу Транзистора 4 из насьицения, в результате чего, транзисторы 3 и 5 открываются, а транзистор 4 и диод 10 запираются. Процесс повторяется.

Величина интервала t определяется временем перемагничивания сердечника трансформатора 1 на величину ДВ

/SB,W,G|.

(3)

2V,

Коэффициент заполнения выходных импульсов (на обмотке 13) равен

JiZ , (Ц)

Т

t4+ t2 Vn

а период модуляции равен

2Вьа Q Уа.

(5)

Т t, + t,,

vy

Из выражения 4 гидно что в пред лагаемом инвентрторе обеспечивается же эависдаюсть от Vn и Vy, КАК и в известных схемах. Однако период модуляции зависит только от параметров трансформатора 2 и от управляющего напряжения, а поскольку это иаправлеиие обычно меняется незначительно в параметрических стабилизаторах напряжения vy const и является опорным напряжением), период будет также изменяться незначительно,

В предлагаемом инвенторе мощность через трансформатор 2 поступает в нагрузку полностью от источника питания. От источника управляхяцего напря жения потребляется только мо1вность/ необходимая для перемагничивания сердечника трансформатора 1 в обоих направлениях и сердечника трансформатора 2 в одном.направлении. Эта мощность |1евелика, что упрощает схему управления.. Таким образом, пpeдлaгae вJй инвенртор, обеспечивая такой же алгоритм управления, как и известные схе мы, имеет постоянную частоту модуляции и требует меньшей мощности управ ления, что позволяет оптимизировать фильтр силовых каскадов и повысить КПД. Формула изобретения Инвертор с регулируемой шириной импульсов выходного напряжения, соде жавши полумостовой автогенератор н насыцаювшйся трансформатор, первична обмотка которого через источник управляющего напряжения, включена napa лельно одному из силовых ключевых элементов автогенератора, отличающийся тем, что, с целью повшнения КПД и стабильности частоты насыщающийся трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками до полнительным выходным трансформатором, транзистором, диодом и резистором причем первичная обмотка дополнительного трансформатора .Ь1унтирована череа диод и резистор первой дополнительной обмоткой нас лт ающегося трансфсфматора н подключена параллельно ключевое MX элементу автогенератора через дополнительный транзистор, управляюЕций вход которого соединен со второй дополнительный обмоткой насыщающегося трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 543928, кл. G 05 F 1/64, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР 373712, кл. G 05 F 1/56, 1970(протЬтип) .. ,