Транзисторный инвертор с широтно-импульсной модуляцией Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к преобразователям, выполненным на полупроводниковых приборах с управляющим электродом, и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры, а также в устройствах автоматики и управляемого электропривода. По основному авт.св. № 6965В6 известен транзисторный инвертор, содержащий генератор прямоугольных импульсов и ведомый двухтактный генератор с выходными трансформаторами, .выходные обмотки которых соединены последовательно, а каждая синхронизирующая обмотка трансформатора генератора прямоугольного напряжения связана с управляющим переходом соответствующего транзистора ведомого генератора через базовую обмотку этого генератора и общий регулируЮ1чий элемент, и реактивный элемент, причем реактивный элемент выполнен в виде транс({)Орматора, а управляющий элемент включен в цепь вторичной обмотки этого трансформатора l .V Недостаток известного устройствасущественная зависимость диапазона регулирования выходного напряжения от температуры окружающей среды, выражающаяся в смещении границ регули-. рования. Указанный недостаток связан с тем, что величина фазового сдвига между выходными напряжениями генераторов определяется временем задержки выхода транзисторов ведомого генератора из насыщения (коэ(1 фициентом насьяцения), изменяемым с помощью регулирующего элемента. Зависимость коэффициента усиления транзисторов от температуры также влияет на коэффициент насьацения (величину фазового сдвига). Примем при отрицательных температурах коэф(|)ициент усиления и вместе с ним величина задержки уменьшаются, а при положительных температурах - увеличиваются. Таким образом, при изменении температуры границы регулирования выходного напряжения инвертора смещаются, что приводит к сужению диапазона регулирования. Поэтому данный инвертор не может применяться в конверторах для стабилизации выходного напряжения в тех случаях, когда температура окружающей среды изменяется в широких пределах. Для устранения этого недостатка приходится термбстатировать транзисторы ведомого генератора, что усложняет устройство и снижает его надежность. Цель изобретения - обеспечение температурной стабильности диапазона регулирования выходного напряжения и расширение области применения устройства за счет увеличения области ра бочих температур. Для достижения указанной цели тран зисторный инвертор снабжен блоком регулирования базового тока транзисторов, включенным между базой и эмиттером каждого транзистора ведомого генератскра. При этом блок регулирования базового тока транзисторов может быть выполнен различными способами: в виде терморезистора; в виде последовательно соединенных диода и терморезистора, причем диод включён согласно с уп равляющим переходом транзистора ведомого генератора; в виде последователь но соединенных диода и терморезистора, между которыми включены два резис тора, один из которых соединен последовательно с терморезистором, а другой подключен непосредственно к эмиттеру транзистора ведомого reHepaTOpa На фиг. 1 изображена схема транзисторного инвертора; на фиг. 2 (а, б, в, г) - варианты выполнения блока регулирования базового тока. . Транзисторный инвертор выполнен по схеме с вольтодобавкой на переменном токе. Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов и двухтактный транзисторный ведомый генератор 2, выполненный на транзисто рах 3 (), трансформаторы 5 (6) указанных генераторов соответственно с выходными обмотками 7 (8) и нагрузку 9, соединенные последовательно, синхронизирующие обмотки 10 (11)- тран сформатора генератора прямоугольных . импульсов-, соединенные последовательНО с обмотками 12 ПЗ обратной связи трансформатора ведомого генератора и базовым резистором Т4 (15) подключенным к базе того же транзистора 3 () согласующий трансформатор 16, первичные полуобмотки 17 и 18 которого включены между эмиттером транзистора 3 С) ведомого генератора и синхронизирующей обмоткой 10 Вторичная обмотка 19 согласующего трансформатора включена параллельно регулирующему элементу 20. Блок 21 регулирования базового тока подключен между базой и эмиттером каждого транзистора 3 и t ведомого генератора. На фиг. 2 показаны различные варианты выполнения блока регулирования базового тока, причем для простоты показано его подключение к одному из транзисторов ведомого генератора. Данный блок может быть выполнен: в виде терморезистора 22 (фиг. 2 а); в виде последовательно соединенных диода 23J и терморезистора 22 (фиг. 26), причем диод 23 включен согласно с управ ляющим переходом транзисторов 3 и ; в виде последовательно соединенных диода 23 и терморезистора 22 (фиг.2 в) причем между диодом и терморезистором включены два резистора 2 и 25, один из которых соединен-последовательно с терморезистором 22, а другой 25 подключен непосредственно к эмиттерам транзисторов 3 и А. Другой пример подключения блока 21 регулирования базового тока транзисторов параллельно соединенным последовательно базовому резистору Н (15) и управляющему переходу транзисторов 3 () ведомого генератора представлен на фиг. 2 г. Транзисторный инвертор работает следующим образом. Импульсное двухполярное напряжение, снимаемое с выходной обмотки 8 трансформатора 5 генератора прямоугольных импульсов, выполненного, например, по схеме Ройера, алгебраически суммируется с отстающим на величину фазового сдвига напряжением на, выходной обмотке 7 трансформатора 6 ведомого генератора 2 и прикладывается к нагрузке 9. Суммарное напряжение на нагрузке 9 представляет собой двухполярные прямоугольные импульсы, ширина которых зависит от фазового сдвига между напряжениями,снимаемыми с выходов генераторов. Допустим, что транзистор 3 открыт и насыщается, а транзистор k закрыт. За счет отпирающих напряжений на синхронизирующей обмотке 10 Иобмотке 12 обратной связи формируется ток через базовый резистор , управляющий переход транзистора 3 и первичную полуобмотку 17 согласующего трансформатора 1б. Некоторая часть этого тока протекает через блок 21 регулирования базового тока транзисторов. В базовой области транзистора 3 накапливается избыточный заряд. Для транзистора t- напряжения на синхронизирующей обмотке 11 и обмотке обратной связи являются запирающими. Напряжение на нагрузке 9 равно сумме напряжений, снимаемых с выходов обоих генераторов. При переключении генератора 1 прямоугольных импульсов изменяется полярность напряжения на выходной обмотке В (напряжение на нагрузке 9 становится рав ным нулю) и синхронизирующих обмотках 10 и 11. Ток в базовом резисторе становится равным нулю, и за счет рекомбинации в базе транзистора 3 наминается процесс рассасывания Транзистор k остается в области отречки из-за блокирующего действия об отки 13 обратной связи. ДлитедьностЕ процесса рассасывания избыточного заряда, определяющая величину задержки выхода транзистора из насыщения, зависит от коэффициента насыщения и постоянной времени рассасывания. После окончания этого процесса транзистор 3 выходит в область активного режима и запирается. Одновременное отпирание транзистора Ц и переход его в насыщение совпадает с изменением полярности напряжения на обмотках 12 и 13 обратной связи и выходной с мотке 7 трансформатора ведомого генератора. Напряжение на нагрузке 9 изменяет свою полярность. Через базовый резистор 15 протекает ток за счет напряжений, снимаемых с синхронизирую щей обмотки 11 и обмотки 13 обратной связи. В дальнейшем процессы протекают аналогично. За счет изменения сопротивления регулирую1цего элемента 2 вносимого в цепи управления транзисторами ведомого генератора через согласующий трансформатор 16, происходит регулирование амплитуды базового тока (коэффициента насыщения) и, как следствие, времени задержки выхода из насыщения этих транзисторов (фазового сдвига между напряжением на выходах обоих генераторов). Кроме.того базовый ток транзисторов 3 и зависит от тока, потребляемого блоком 21 регулирования базового тока транзисторов, т.е. от его внутреннего сопротивления, с уменьшением которого большая часть тока, протекающего через базовые резисторы 1 и 15, проходит вне управляющих переходов транзисторов 3 и 4. И наоборот, с увеличением этого сопротивления базовый ток транзисторов 3 и 4 возрастает вместе с коэффициентом их насыщения. Таким образом, температурные изменения коэффициента усиления транзисторов ведомого генератора компенсируются изменением величины тока, потребляемого блоком 21 регулирования базового тока транзисторов, если его внутреннее со-, противление будет зависеть от температуры. Блок 21 регулирования базового тока транзисторов может быть BMnjonнен в виде терморезистора 22(фиг. 2а), имеющего близкую к линейной зависимости сопротивления от температуры при отрицательном температурном коэффициенте сопротивления (ТКС). Последовательное включение диода 23 итерморезистора 22 (фиг. 2 б) исключает возможность протекания уравнительных токов в цепях управления и позволяет использовать о&ций для обоих транзисторов терморезистор. Необходимая нелинейность зависимости ТКС терморезиc fopa 22 (фиг. 2 в) от температуры до-i стигается последовательно-параллельным включением резисторов 2 и 25. Обеспечение температурной стабильности диапазона регулирования выходного напряжения инвертора достиг-эется тем, что изменение коэффициента усиления транзисторов 3 и 4 ведомого генератора nix различных температурах окружакнцей среды компенсируется пропорциональным, воздействием на величину базового тока этих транзисторов за счет зависимости внутреннего сопротивления блока регулирования базового тока транзисторов от температуры. Так, при снижении температуры происходит уменьшение коэффициента усиления транзисторов. Одновременное увеличение сопротивления терморезистора 22 при токе через базовый резистор 14 или 15 приводит к возрастанию базового тока, что позволяет сохранить Практически постоянным коэффициент насыщения транзисторов 3 и 4 ведомого генератора. Таким образом, стабилизируются величина фазового сдвига между напряжениями на выходах обоих генераторов и диапазон регулирования выходного напряжения инвертора при различных температурах окружающей среды. Нелинейная зависимость коэффициента усиления транзисторов 3 и от температуры, выражающаяся в более существенном изменении этого параметра в области отрицательных температур, достигается усилением влияния терморезистора в данной области температур на базовый ток транзисторов за счет включения диода 23 и резисторов 24 и 25. Достигаемый эффект позволяет использовать предлагаемый регулируемый инвертор на высоких (до сотен килогерц частотах при значительных изменениях температуры окружающей среды с сохра нением диапазона регулирования выхо ного напряжения без применения те мостатироваийя транзисторов ведомого генератора, т.е. без усложнения устройства и снижения его надежности. Формула изобретения 1. Транзисторный инвертор с широт но-импульсной модуляцией по авт.св. № 696586, от.личающийся тем, что, с целью обеспечения температурной стабильности диапазона регулирования выходного напряжения, инвертор снабжен блоком регулирования базового тока транзисторов, включенным между базой и эмиттером каждого транзистора ведомого генератора. 2.Инвертор по п. 1,отличаюftl и и с я тем, что блок регулирова- йия базового тока транзисторов выполнен в виде терморезистора. 3.Инвертор по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что блок регулирования базового тока транзисторов выполнен в виде последовательно соединенных диода и терморезистора, причем диод включен согласно с управляющим переходом транзистора ведомого .генератора. . Инвертор по п, 3 о т л и ч а ю щ и и с я тем, что.между диодом и терморезистором включены два резистора, один из которых соединен последовательно с тер -юрезистором, а другой подключен непосредственно к эмиттеру транзистора ведомого генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 696586, кл. Н 02 М 7/537, 1977.

f

/1 } I 1

фуг. I