Высокочастотный инвертор с широтно-импульсной модуляцией Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 H02M3/335 

(54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИНВЕРТОР

С широтна-импульсной МОДУЛЯЦИЕЙ

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры, а также в устройствах управляемого электропривода и автоматики.

Известен транзисторный конвертор с естественной коммутацией, в котором и:;точники управления транзисторами инвертора Ььтолнены в виде последовательно-согласно соединенных выходных обмоток трансформаторов ведущего и ведомого генераторов, причем средняя точка выходных обмоток через встречно включенный диод и вывод одной из выходных обмоток через согласно выключенный диод и резистор присоединены к базе транзистора, а свободный вывод другой обмотки - к эмиттеру этого же транзистора.

Использование такого источника управления транзисторами позволяет открывать транзистор инвертора от источника тока, а закрывать от источника напряже«

ния, что приводит к снижению динамических потерь .

Недостаток способа управления на повышенных частотах порядка нескольких сотен кГц заключается в повышенных динамических потерях.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является инвертор, содержащий ключевые элементы, каждый из которых состоит из основного и вспомогательного транзисторов, соединенных по схеме составного тринзистора, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с ключевыми элементами, источники сигнала управления транзисторами, один из выводов Kayttf дого из которых .соединен с эмиттером соответствукяцего основного транзистора, а другой вывод - с базой вспомогательного транзистора t2 .

Для насыщения основных транзисторов вводится дополнительное сопротивление в цепь коллектора основного транaicTopa или используется дополнительный источник сигнала управления транзисторами в виде трансформатор тока. Недостатком данного устройства явля ется низкий КПД из-оа наличия потерь В дополнительных элементах коллекторiHbix цепей основных транзисторов. Кром того, с повышением частоты коммутации транзисторов увеличиваются динамически потери на включение составного транзистора. Оель изобретения - повьпиенне коэффициента полезного действия и получени жесткой выходной характеристики инвертора. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ключевые элементы, каждый из которых состоит из основного и вспомогательного транзисторов, соединенных по схеме составного транзистора, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с ключевыми элементами, источники широт но-модулированного сигнала управления транзисторами, один из выводов каждого из которых соединен с эмиттером соответствующего транзистора, введены дополнительные источники широтно-модулированного управления транзисторами, общая точка соединения выводов источников подключена к базе основного транзистора, а другой вывод к базе вспомогательного транзистора соответствующего ключевого элемента. Кроме того, каждый из источников широтно-модулированного сигнала управления выполнен в виде последовательносогласно соединенных выходных o6MOTOk трансформаторов ведущего и ведомого генераторов, причем средняя точка обмоток через встречно включенный диод и вывод одной из обмоток через согласно включенный диод и резистор образую базовый вывод, а свободный вьюод другой выходной обмотки 5голяется эмиттерным выводом источника широтно-модулированного сигнала управления. На чертеже представлена принхшпиаль ная электрическая схема инвертора. Высокочастотный инвертор с широтао импульсной модуляцией содержит ключев

элементы, собранные по схеме составных транзисторов, состоящих вз основных 1, 2 и вспомогательных 3, 4 трюнзисторов, трасформатор 5, первичная, обмотка которого соединена с ключевыми элемента га, а ко вторичной подключена нагрузка 6, источники 7 и 8 широтно-модупированноч го сигнала управления и дополнительные

трансформаторов ведущего 11 и ведомого 12 генераторов, средняя точка которых через встречно включенный диод 13 и вывод одной из обмоток через согласно включенный диод 14 и резистор 15 образуют базовый вывод, а свободный вывод другой обмотки - эмиттерный вывод, представляющих собой на этапе рассасы04источники 9 и 10 широтно-модулированного сигнала управления. Каждый источник широтно-модулированного сигнала упрэавления может быть выполнен в виде последовательно-согласно соединенных выходных обмоток трансформаторов ведущего 11 и ведомого 12 генераторов, Причем средняя точка обмоток через встречно включенный диод 13 и вывод одной из обмоток через согласно вклкнченный диод 14 и резистор 15 образуют базовый вьгоод, а свободный вывод другой обмотки - эмиттерный вывод источника широтно-модулированного сигнала упр)авления. Работа вспомогательного инвертора с широтно-импульсной модуляцией осуществляется следующим образом. Синфазный управляющий сигнал формируется источниками 7-10 широтномодулированного сигнала управления на переходы база - эмиттер основного 1(2) и вспомогательного .3 (4) транзисторов, к коллекторам которых подключена первичная обмотка трансформаторэа 5, ко вторичной обмотке которого подключена нагргузка 6. Из-за р)азницы в коллекторных токах процесс включения вспомогательного трайзистора происходит быстрее, чем основного. Таким образом, на этапе включения основного транзистор)а 1 осуществляется формирование его базового .тока через вспомогательный транзистор 3, что приводит к снижению динамических потерь в jsocTaBHOM транзисторе. В устайовившемся режиме насыщение основного транёистора осуществляется в основном за счет источника 9 {10) щиротно-модупированного сигнала управления, что обеспечивает малую величину статических потерь. Выключение транзисторов связано с процессами рассасьгаания неосновных носителей в базе насьпценного транзистора, поэтому время коммутации, а следовательно, и время нахождения в насыщенном состоянии, определяется током нагрузки. Введение дополнительных источников широтно-ч тодупированного сигнала ;управлен1ш транзисторами в виде последоватепьно-согласно соединенных обмоток вания источники ватфяжения, подключен ные к переходакд база - эмиттер основных и вспомогательных транзисторов, позволяет уменьшить влияние нагрузки на длительность времени нахождения транзистора в насьпценном состоянии и уве- , личить жесткость внешней характеристики. Таким образом, формирование дополнительного сигнала управления основным транзистором через вспомогательный тран-О зистор на этапе включения и насыщение основного транзистора от источника широтно-модулированного сигнала управления в установившемся режиме позволяют повысить КПД инвертора,, а сокращение времени рассасьгоания неосновных носителей в базах транзисторов увеличить жесткость внешней характеристики. Использование высокочастотного инвертора, имеющего щиротно-импульсную мо- дуляиию напряжения с частотой коммута- шш транзисторов в коллекторе, позволило поднять КПД устройства путем снижения статических и динамических потерь в кол- лекторной цепи ключевого элемента и получить жесткую внешнююхарактеристику преобразователя. Формула изобретения 1. Высокочастотный инвертор с широта но-импульсной модуляцией, содержащий ключевые элементы, каждый из которых состоит КЗ основного и вспомогательного транзисторов, соединенных по схеме со- ставного транзистора, трансформатор, nej вичная обмотка которого соединена с клк 5 чевыми элементакга, источники широтно- модулированного сигнала управления транзисторами, один ИЗ выводов каждого из которых соединен с эмиттером соответствующего основного транзистора, отличающийся тем, что, с адльго по- выш.ения КПД, последовательно с каждым источником введен дополнительный источник широтно-модулированного сигнала .управления транзисторами, общая точка соединения выводов источников подклк чена к базе основного транзистора, а другой вывод к базе вспомогательного транзистора соответствующего ключевого элемента. 2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью получения жесткой выходной характеристики инвертора, каждый нз источников широтно-модутшрованного сигнала управления выполнен в виде последовательно-согласно соединенных выходных обмоток трансфо1. маторов ведущего и ведомого генераторов, причем средняя точка выходных обмоток через встречно включенный диод и гаивод одной из выходных обмоток через согласно включенный диод и резистор образую базовый вьшод, а свободный вывод другой выходной обмотки является эмиттерным выводом источника широтно-модулированного сигнала управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 570170, кл. Н 02 М 7/537, 1977. 2. Коссов О. А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений, М., Энергия, 1971, с. 115.

31