Транзисторный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 

(54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть, использовано в системах электропитания, электропривода и автоматики для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы посредством транзисторных инверторов.

Известны транзисторные инверторы с выходным напряжением синусоидальной формы, в которых формирование выходного напряжения осуществляется параметрически путем двухполярной широтно-импульсной модуляции.

Инвертор состоит из силового мостового инвертора и схема управления. Схема управления включает источник синусоидального опорного напряжения, интегратор-сумматор и пороговое устройство. На входы интегратора-сумматора подается выходное напряжение преобразователя и опор ное напряжение, а его выход подключен к входам пороговых устройств, осуществляющих управление силовым каскадом непосредственно или через логические схемы 1.

Для таких инверторов характерны высокое качество выходного напря ения ( низкий коэффициент гармоник)

после фильтрации, относительно высокий КПД и простота построения силового каскада.

Недостатком данного инвертора является надежность,- обусловленная сложностью технической реализации. Кроме того, для питания элементов устройств управления требуются дополнительные источйики питания.

10

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор, выполненный по схеме с интегрирующим дросселем насыщения, который включен между базами транt5зисторов преобразователя через последовательно соединенные источник опорного синусоидального напряжения и ключ переменного тока, управляющие выходы которого подключены

20 к дополнительншл обмоткам выходно-i го трансформатора преобразователя f 2 J.

Недостатком известного инвертора является то, что к первичным

25 обмоткам трансформатора приложено напряжение, равное разности между напряжением питания и, и падением напряжения на ключевых элементгис 0|f, а к входу времязадаюшей цепи

30 последовательно соединенные источник опорного синусоидального напряжения и дроссель насьпцения; приложено напряжение п ( )+иэ., где п - коэффициент трансформации, а ( напряжение на переходе эмиттер - база открытого транзисторного ключа. Поэтому при неидентичности диод но-транзйсторных ключей, т;е. , рабочая точка сердечника трансформатора преобразователя в дроцрссе модуляции смещается под действием постоянной составляющей 1напряжения в направлении индук ции насыщения. Это приводит к тому, что переключение одного из транзисторных ключей осуществляетс под действием насыщения интегрирующего дросселя, а второго - под де ствием насыщения сердечника трансформатора, что снижает точность воспроизведения синусоидального опорного напряжения и КПД схемы. Кроме того, поскольку к входу п реключающей схемы цепи приложено напряжение, в которое входит величина , а не напряжение, приложе ное к первичной обмотке трансформа тора. То это приводит к снижению коэффициента стабилизации параметрического канала. Переключение транзисторов в дан ной схеме при наличии выг одноцо фи льтра или активно-индуктивной нагрузки осуществляется при условии , где U- ток базы транзистор ного ключа, Ig - ток через дроссель в момент его насыщения. Поэтому для того, чтобы сохранить точность воспроизведения заданной функции опорного напряжения, источник опор ного напряжения должен иметь жесткую выходную характеристику, ччо также приводит к снижению КПД схемы, так как для создания такой характеристики потребуется дополните льная мощность. Поми:мо этого, момент переключения схемы зависит от тока нагрузки, ч-то также снижает точность вос произведения опорного сигнала. Цель изобретения - повышение ка чества выходного напряжения и КПД. Цель достигается тем, что в транзисторном инверторе с параметрическим формированием синусоидаль Horq выходного напряже ния, содержащем двухтактный усилитель класса и соединенную с выходом времязадающую цепь обратной связи в виде последовательно соединенных источника опорного синусоидального напряжения и интегрирующего, дросселя насыщения-, усилитель выполнен с дополнительным переключающим транс форматором, к обмотке которого всГтречно-параллельно подключены два вспомогательных ключа, управля ющие входы которых подключены к вве: денному измерительному резистору, включенному последовательно в указанную времязадающую цепь. Указанные кЛючи могут быть выполнены в виде полупроводниковых элементов с релейной характеристикой, подключенные к первичной обмотке переключающего трансформатора через диоды, а между точкой соединения каждого ключа и диода и отводом от средней точки этой обмотки включен конденсатор. На фиг. 1 показана принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 диаграммы напряжений,. Инвертор (фиг. 1) содержит двухтактный усилитель 1 мощности,- выполненный по схеме автогенератора с дополнительным переключающим трансформатором 2, интегрирующий дроссель 3 насыщения, источники синусоидального опорного напряжения, измерительный резистор 5 и вспомогательные ключи б и 7. Вторичная обмотка выходного трансформатора 8 подключена к нагрузке 9. Крайние точки его первичной обмотки соединены с коллекторами транзисторов 10 и 11, а через ограничивающий резистор подключены к крайним выводам первичной обмотки дополнительного трансформа тора 2. Параллельно первичной обмотке трансформатора 8 подключена также времязадающая цепь, состоящая из последовательно соединенных дросселя 3, источника 4 опорного напряжения и измерительного сопротивления 5, а параллельно первичной обмотке трансформатора 2 подключены вспомогательные ключи 6 и 7. Управляющие входы ключей б и 7 подключены к измерительномурезистору 5, который имеет общую точку соединения с крайними выводами первичных обмоток трансформаторов 2 и. 8. Инвертор работает следующим образом. Когда открыт транзистор 10 генератора 1 (интервал t фиг. 2), к обмотке дросселя 3 приложена разность напряжения, наводимого на выводах первичной обмотки трансформатора 8, и опорного напряжения. Под действием этого напря жения происходит перемагничивание сердечника дросселя от индукции насыщения -Bg до индукции насыщения +65 (фиг.2б). Пока сердечник дросселя не насыщен, т.е. , ТОК через его обмотку мал и не влияет на работу генератора 1, транзисторы которого поддерживаются в насыщении током базовых обмоток трансформатора 8. При насыщении сердечника дросселя ток в его обмотке резко возрастает, что приводит к включениювспомогательного ключа 6. Первичная обмотка дополнительного трансформатора 2 оказывается замкнутой для данной полярности напряжения, при этом пропадает напряжение на базовых обмотках и транзистор 10 выходит,из насыщения. Происходит лавинообразное переключение транзисторов 10 и 11 за счет положительной обратной связи.

После включения транзистора 11 (интервал t) полярность напряжения на обмотке изменяется, ключ 6 выключается, а к обмотке дросселя 3 прикладывается напряжение, равjHoe сумме напряжений, наводимых на крайних выводах первичной обмотки трансформатора 8 и опорного напряжения. Под действием этой суммы напряжений происходит перемагничивание сердечника дросселя от +8 до -Bg (фиг. 2J). При его насыщении, когда В равно -В6, происходит включение ключа 7, шунтирование первичной обмотки дополнительного трансформатора 2, выход из насыщения транзистора 11 и переключение транзисторов 10 и 11, Далее процесс повторяется.

Поскольку переключение предлагаемой схемы, так же как и в известной схеме;происходит при насыщении переключающего дросселя, то среднее за период модуляции значение выходного напряжения преобразователя равно среднему значению опорного напряжения за тот же период и не зависит от изменений входного напряжения.

Если между выходной обмоткой трансформатора 8 и нагрузкой 9 установлен фильтр, то стабильность схемы можно увеличить, организовав контур обратной связи и воздействуя на .величину опорного напряжения в функции отклонения выходного напржения.

Для улучшения процесса переключения транзисторов 10 и 11 вспомогательные ключи 6 и 7 могут быть выполнены на транзисторах по схеме усилителя, охваченного положительной обратной связью. Такие ключи имеют релейную характеристику. Последовательно с ними включены диоды. Между средним выводом первичной обмотки трансформатора 2 и общими точками соединения диодов и транзисторных ключей подключаются конденсаторы 12 и 13. При эт)м, в течение времени t (открыт транзистор 10), конденсатор 12 заряжается до напряжения и„/2. После насыщения сердечника дросселя и включения ключа 6 конденсатор 12 оказывается включен параллельно первичной полуобмоткетрансформатора 2,

причем полярность приложенного напряжения способствует быстрому зак рыванию транзистора 10 и открыванию транзистора 11.

В интервале t заряжается конденсатор 13 также до напряжения , и после насыщения сердечника дросселя и включения ключа 7, он оказывается подключенным к первичной полуобмотке дополнительного трансформатора 2 в полярности, способст. вующей быстрому переключению транзисторов 10 и 11.

Неидентичность параметров эмиттер-базовых переходов транзисторов

5 10 и 11 не сказывается на работе

схемы, поскольку коммутирующая схему цепь включена непосредственно к первичной обмотке трансформатора 8. Это приводит к повышению коэффициента стабилизации и точности воспроизведения заданной функции опорного напряжения, t.e. качества выходного напряжения.

От источника опорного напряжения

5 в процессе переключения потреЗляется незначительный ток, примерно равный

1 -. IcT ,

0 где п - коэффициент трансформации

трансформатора 2; P-f коэффициент усиления- по то ку транзисторов в ключах

б и 7.

5 Поэтому мощность источника опорного напряжения в предлагаемой схеме значительно меньше, чем в известной, что увеличивает КПД схемы, В предлагаемой схеме КПД преобразователя будет выше также из-за того, что на переключакяцую схему цепи не влияет неидентичность транзисторов 10 и 11, которая .приводила бы к сме1цению рабочей точки линейного трансформатора, а следовательно и к дополнительным потерям мощности.

алходной каскад инвертора может ейлть выполнен и по мостовой схеме. Тогда ко1Ф1утирую1цая цепь, состоящая Q из дросселя, источника опорного напряжения и измерительного резистора подсоединяется к выходу мостового усилителя мощности.

55

Формула изобретения

содержащий двухтактный усилитель класса О и соединенную с выходом времязадающую цепь обратной связи в виде последовательно-соединенных источника опорного синусоидального

напряжения и интегрирующего дросселя насыщения, о т л и ч а ющи и с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения и КПД, усилитель выполнен с дополнитбльным переключгиощим трансформатором, к обмотке которого г встречно-параллельно подключены два вспомогательных ключа, управлякицие входой которых подключены квведенному измерительному резистору, включенному последовательно в указанную времязадаюс ую цепь.

З. Инвертор по П.1, отличают и и с я тем, «то в качестве вспомогательных ключей использованы полупроводниковые элементы с релейной характеристикой, подключенные к первичной обмотке переключающего трансформатора через диоды, а между точкой соединения каждого ключа и диода и отводом от средней точки этой обмотки включен конденсатор .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. Н 02 М 7/537 1979.