Стабилизированный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

(5) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относится к преоб.азовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен стабилизированный преобразователь напряжения, содержа1ций силовой инвертор на транзисторах, задающий генератор, вспомогательный стабилизатор, широтно-импульсный модулятор с усилителем постоянного тока и трансформатором управления,формирователь пилообразного напряжения двойной частоты, подключенный к отдельной обмотке трансформатора задающего генератора, устройство управления силовыми транз1ГсторамиС1Х

Наиболее близок к изобретению стабилизированный преобразователь напряжения,- содержащий силовые транзисторы, связанные с узлом управления на включающих транзисторах, источнйки отпирающего и запирающего напряжений на мостовом выпрямителе

,с питанием от обмотки со средней i точкой трансформатора задающего гене ратора, широтно-импульсный модуля. тор с усилителем постоянного тока и выходным управляющим трансформатором 2.

Недостатками известных устройств :являются недостаточно высокий КПД и пониженная надежность при работе на повышенныхчастотах.

to

Цель изобретения - повышение КПД и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный инвертор, содержащий силовые транзисто15ры, базами подключенные к эмиттерам соответствующих отключающих транзисторов, коллекторы которых объединен ны, включающие транзисторы, база- эмиттерные перехо/{ы которых шунтиро20ваны резисторами , коллекторами связаны с базами сшювых транзисторов, соединены с базами отключающих . транзисторав, база-эмиттерные neper.

ходы которых шунтированы резисторами, источ1:1ик запирающего напряжения, выполненный на .мостовом диодном выпрямителе, диагональ переменного тока которого подключена к крайним отводам выходной обмотки траусформатора задающего генератора, а диагональ постоянного тока подсоединена через коллекторный резистор к си- ловому переходу включающих транзисторов, средняя точка выходной обмотки трансформатора задающего генерато ра соединена с эмиттерами силовых транзисторов, одним из выводов конденсатора источника запирающего . напряжения, другой вь1вод которого соединен с общей точкой коллекторов отключающих транзисторов, и одним из выводов конденсатора источника отпирающего напряжения-, другим выводом соединенного с эмиттерами включающих транзисторов, задающий генератор и делитель обратной связи, подключенный к выпрямителю, LC-фильтру и первому г|ходу широтно-импульсного модулятора, введены формирователь треугольного напряжения двойной частоты, два следящих транзистора, два управляющих транзистора, делитель входного напряжения , трансформатор обратной свя зи, входной ф ильтр, четыре ограничительных резистора, вспомогательный стабилизатор, два блокировочных диода, разделительный диод, два разделительных конденсатора, и датчик тока, причем коллекторы включающих тра зисторов соединены с базами соответс вующих силовых транзисторов через ко лекторно-эмиттерный переход соответствующих следящих транзисторов, базы которых соединены с коллекторами соо ветствующих включающих и сил.овых транзисторов, транзисторы, управления эмиттерами подключены к щине питания, общей с эмиттерами силовых транзисторов, коллекторами через ог-; раничительные резисторы - к базам соответствующих включающих транзисторов и через блокирующие диоды к крайним отводам выходной обмотки трансформатора, а базами через ограничительные резисторы - с выходом широтно-импульсиого модулятора, формирователь треугольных импульсов двойной частоты включает в себя две интегрирующие RC-цепонки, подключенные к первичной обмотке задающего генератора и шине питания общей с эмиттерами силобых транзисторвв, два

выпрямительных диода, катоды которых объединены, а аноды подключены к средним точкам соответствующих RC-цепочек, резистор, включенный между катодами диодов и общей точкой конденсаторов,-а общая точка диодов и резистора через разделительный конденсатор подключена к второму входу широтно-импульсного модулятора, выпрямитель с LC-фильтг ром подключен-к обмотке трансформатора обратной связи, .первичная обмотка которого подключена по двухтактной схеме включения к коллекторам силовых транзисторов, образующих совместно с шиной питания силовой выход инвертора, вспомогательный стабилизатор подключен к третьему входу широтно-импульсного модулятора, через разделительный, диод к средней точке первичной обмотки задающего генераторами к делителю входного напряжения, датчик тока включен в шину питания, общую с эмиттерами силовых транзисторов, меду двумя конденсаторами входного фильтра и соединен с четвертым входом широтн.о-импульсного модулятора, пятый вход которого через разделительный конденсатор соединен со средвходного напряточкой делителя неи жения. - На чертеже представлена электрическая схема стабилизированного инвертора. . Инвертор содержит силовые транзисторы 1 и 2, связанные с узлом управления на включающих транзисторах 3 и , отключающих 5 и 6 и следящих транзисторах 7 и 8 и.источниками отпирающего 9 и запирающего 10 напряжения на мостовом выпря.мителе 11 с питанием от обмотки 12 со средней точкой трансформатора 13, связанного задающего генератора с вспомогательным стабилизатором 15, широтно-импульсный модулятор с усилителем 1б. постоянного тока, транзисторы управления Т7 .и 18, эмиттеры которых подключены к щине питания 19, общей с эмиттерами силовых транзисторов, ограничительные резисторы 20 и 21 в коллекторах управляющих транзисторов 1 и 18. Блокирующие диоды 22 и 23 подключены к базам включающих транзисторов и к крайним выводам обмотки-12 со средней точкой трансформатора задающего генератора 14, которая теми же выводами связана с мостовым выпрямителем 11 источников отпирающего и запирающего напряжений, базы управ ляющих транзисторов.связаны через ограничительные резисторы 2 и 25 с общим выходом широтно-импульсного модулятора. Задающий генератор И и делитель 26 обратной связи по ключены к выпрямителю 27 с LC-филь ром 28 и 29, связанным с обмоткой трансформатора 30 обратной связи. Инвертор содержит также первичную обмотку 31, подключенную по двухтактной схеме включения к коллекторам силовых транзисторов, образу ющих с шиной питания силовой выход 32, 33 и З инвертора, раз-делитель ный диод 35, подключенный к средней точке первичной обмотки 36 зад ющегр генератора, формирователь треугольного напряжения двойной ча стоты , выполненный на двух рирующих RC-цепочках 37, 38 и 39, 40, подключенных к первичной обмот ке задающего генератора и шине питания, общей с эмиттерами силовых транзисторов, выпрямительные диодды и +2, связанные с конденсато рами RC-цепочек и общим резистором разделительный конденсатор k, связанный с общим резистором и широтно-импульсным модулятором, датчик А5 тока, включенный между двум конденсаторами входного фильтра, делитель и kj входного напряжения, соединенный через разделитель ный конденсатор kQ -с широтно-импул сным модулятором. Инвертор работает следующим образом. При подаче входного напряжения постоянного тока Ugyначинает работать задающий генератор I, а на трансформаторе 13 и обмотках 12 и Зб появляется напряжение прямоугол ной формы, стабилизированное по амплитудному значению всмомогатель ным стабилизатором 15, который одновременно запитывает широтно-импульсный модулятор с усилителем 16 постоянного тока. Выходная обмотка 12 со средней точкой трансформатора задающего ге нератора 13 с помощью мостового вып рям.ителя 11 создает источник отпира ющего напряжения на конденсаторе 9 и источник запирающегонапряжения на конденсаторе. 10. Первичная обмотка 36 трансформатора задающего 8 . 6 генератора питает формирователь тре угольного напряжения на элементах , который формирует из прямоугольного напряжения треугольное напряжение двойной частоты, а первый разделительный конденсатор k передает это напряжение в широтно-импульсный модулятор с усилителем 1б постоянного тока, в котором вырабатываются импульсы двойной частоты длительностью, обратно пропорциональной сигналу рассогласования нап ряжений, снимаемому делителем 2б обратной связи и опорного напряяения внутри широтно-импульсного .моду.лятора-с усилителем 16 постоянного тока, Широтно-импульсный модулятор 16 через ограничительные резисторы 2Ц и 25 передает импульсы двойной частоты .регулируемой длительности на вход вновь введенных управляю1Ц)их транзисторов 17 и 18 одновременно, а выходная обмотка 12 трансформатора задающего генератора. 13 через блокирующие диоды 22 и 23 создает поочередно в -такт работы задающе.го генератора запретные импульсы на ограничительных резисторах 20 и 21 для прохождения базовых токов включающих транзисторов 3 и А от источника 9 отпирающего напряжения. Тот управляющий транзистор 17 или 18, на ограничительном резисторе 20 и 21 которого не . выделяется запретный импульс, открывает включающий транзистор 3 или k, и Соответственно через следящие 7 и 8 и силовые 1 и 2 транзисторы током от источника 9 отпирающего напряжения, происходит распределение и повторение силовыми транзисторами инвертора сигналов широтно-импульсного модулятора, а при закрытых включающих тран- зисторах силовые транзисторы 1 или 2 находятся в режиме активного запирания от источника 10 напряжения через отключающие транзисторы 5 или 6. В период паузы между импульсами закрываются оба силовых транзистора 1 и 2 инвертора, одновременным отпиранием обоих отключающих транзисторов 5 и 6. Трансформатор 30 с выпрямителем 27 дросселем 28 и конденсатором 29 образует источник внутренней обратной связи, первичная обмотка 31 этого трансформатора подключена к коллекторам силовых трангисторов 1 и 2 инвертора. При работе инвертора стабилизируется среднее значение выпрямленного и демодулированного фильтром 28 и 29 напряжения, и соот8етств1внно инвертор выдает на выходе 32, 33 и З переменное напряжение, стабилизированное по среднему значению, которое предназначено для питания сменных модулей выходных напряжений с трансформаторами и LC-фильтрами или других устройств, а сам инвертор представляет собой стабилизирующий модуль,

При работе ин вертора напряжение обратной связи устанавливается несколько выше напряжения вспомогательного стабилизатора 15, в результате чего после выхода на режим питание задающего генератора И с его трансформатором и нагрузками осуществляется целиком от напряжения обратной связи, так как развязыващий диод 35 запирается, а питание слаботочных цепей широтно-импульсного- модулятора с усилителем постоянного тока осуществляется от вспомогательного стабилизатора 15. Такое включение повышает КПД за счет разгрузки вспомогательного стабилизатора 15, сохраняя при атом режим активного запирания силовых транзисторов 1 и 2 в дежурном режиме при воздействии сигналом логического |уровня и на вход отключения.

ОТКА. f .

Делитель ч6 и чУ входного напряжения передает без задержки сигнал с заданным коэффициентом деления через разделительный конденсатор «8 при бь1стрых изменениях входного нап.ряжения на ускоряющий вход широтно-импульсного модулятора 16, повышая быстродействие отработки возмущающего уровня входного напряжения.

Длительность полуволн инвертора . может регулироваться путем разбалан- са импульсов треугольного напряжения peгyляtopoм 39.

Защита силовых транзисторов 1 и 2 инвертора при К.З, на выходе осуществляется с помощью датчика тока, установленного в общей шине 19 между входным и выходным конденсаторами фильтра напряжения и.. Сигнал с датчика тока подается на соответствующи вход широтно-импульсного модулятора 1Ь, ограничивая длительность импульсов переменного напряжения и мощность, потребляемую в режиме К.З. Такая организация защиты повышает надежность инвертора. .

Применение формирователя треугольноге напряжения в широтно-импульсном модуляторе вместо пилообразного и прямая передача управляющих сигналов через вновь введенные управляющие транзисторы 17 и 18 с исключением управляющего трансформатора на выходе широтно-импульсного модулятора способствуют более быстрому и устойчивому переключению силовых транзисторов 1 и 2 инвертора, уменьшая тем самым динамические потери. Это повышаед КПД инвертора на 5- и надежность, особенно при высоких частотах переключения силовых транзисторов (tOO и более кГц). При этом за счет переключения питания задающего генератора к источнику стабилизированного напряжения обратной связи уменьшаются потери во вспомогательном стабилизаторе и экономится мощность, которая теряется в управляющем трансформаторе.

Организация .переменного выхода стабилизированного напряжения по среднему значению в инверторе расширяет функциональные возможности для организации,модульного принципа унификации в виде функционально законченного узла.

Формула изобретения

Стабилизированный инвертор, содержащий силовые транзисторы, базами подключенные к эмиттерам соответствующих отключающих транзисторов, коллекторы которых объединены, включающие транзисторы, база-эмиттерные переходы которых шунтированы резисторами, коллекторами связаны с баз.ами силовых транзисторов, соединены с базами отключающих транзисторов, база-эмиттерные переходы которых шунтированы резисторами, источник запирающего напряжения, выполненный на мостовом диодном выпрямителе, диагональ переменного тока которого подключена к крайним отводам выходной обмотки трансформатора задающего генератора, а диагональ постоянного тока подсоединена через коллекторный резистор к силовому переходу включающих транзистороё, средняя точка выходной обмотки трансформатора задающего генератора соединена с эмиттерами силовых транзисторов, одним из выводов крнденсатора источника запирающего напряжения, другой вывод которого соединен с общей точкой коллекторов отключающих транзисторов, и одним из выводов конденсатора источника отпира-ющего напряжения, другим выводом соединенного с эмиттерами включающих транзисторов, задающий генератор и делитель обратной связи, подключенный к выпрямителю, LC-фильтру и пер вому входу широтно-импульсного модулятора , отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности) в:него введены формирователь треугольного напряжения двойной частоты, два следящих транзистора, два управляющих транзистора, делитель входного напряжения, трансформатор обратной связи, входной фильт четыре ограничительных резистора, вспомогательный стабилизатрр,два блокировочных диода, разделительный диод, два разделительных конденсатора и датчик тока, причем коллекторы включающих транзисторов соединены с базами соответствующих силовых транзисторов через коллекторяоэмиттерный переход соответствующих следящих транзисторов, базы которых соединены с коллекторами соответству ющих включающих и силовых транзисторов, транзисторы управления эмиттерами подключены к шине питания, общей с эмиттерами силовых транзисторо коллекторами через ограничительные резисторы - к базам соответствующих включающих транзисторов и через блокирующие диоды к крайним отводам выходной обмоткитрансформатора, а баз ми через ограничительные резисторы с выходом широтно-импульсного модулятора, формирователь треугольных импульсов двойной частоты включает в себя две интегрирующие RC-цепочки, подключенные к первичной обмотке задающего генератора и шине питания , общей с эмиттерами силовыЛ транзисторов, два выпрямительных диоha, катоды которых объединены, а ан5ды подключены к средним точкам соответствующих RC-цепочек, резистор, включенный между катодами диодов и . общей точкой конденсаторов, а общая точка диодов и резистора через разделительный конденсатор подключена к второму входу широтно-импульсного модулятора, выпрямитель с LCфильтром подключен к рбмотке трансформатора обратной связи, первичная обмотка которого подключена по двухтактной схеме включения к коллекторам силовых транзисторов, образующих совместно с шиной питания силовой выход инвертора, вспомогательный стабилизатор подключен к третьему входу широтно-импульсного модулятора, через разделительный диод к средней точке первичной обмотки задающего генератора и к делителю входного напряжения, датчик тока включен в шину питания, общую с эмиттерами силовых транзисторов, между двумя конденсаторами входного фильтра и соединен с четвертым входом широтно-и«пульсного модулятора, пятый вход которого через разделительный конденсатор соединен со средней точкой делителя входного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Устройства вторичных источников электропитания. Сб. материалов семинара общества Знание РСФСР, МДНТП, М., 1976, с. 65, рис. 1. 2.Авторское свидетельство СССР № 758425, кл, Н 02 М 3/335, 1978.