Инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

(54) ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться во вторичных источниках питания для радиоаппаратуры.

Известен преобразователь с широтно-импульсной модуляцией, обеспечивающий коррекцию асимметрии и контроль тока, содержащий каскад ииротно-импульсной модуляции, обеспечивающий поддержание выходного постоянного напряжения на заданном уровне, а также каскад контроля симметрии выходного сигнала, состоящий из трансформатора, включенного в общую выходную цепь, для съема с его отводов сигналов, пропорциональных токам в обоих полупериодах, и цепь, реагирующую на сигнал большей амплитуды, когда первый и второй контрольные сигналы отличаются, с целью генерирования сигнала, регулирующего симметрию. Этот сигнал объединяется с сигналами широтно-импульсного модулятора с целью генерирования вто.рого сигнала, регулирующего симметрию. Сигналы управляют работой ключевых элементов, включенных в цепях обмоток выходного трансформатора, с целью изменения времени их включенного состояния в различных направлениях.

Известен двухтактный инвертор с выходным трансформатором, содержащий компенсационную систему симметрирования длительности полупериодов, состоящую из датчика несимметрии на магнитодиоде, расположенном в зазо10ре магнитопровода выходного трансформатора, интегрирующей и усилительной цепочек и управляемого мультивибратора 2.

Наиболее близок к предлагаемому преобразователь напряжения на тран15зисторах и управляемых от индивидуальных трансформаторов тока, включенных в цепи положительной обратной связи, выводы первичной обмотки выходного трансформатора объединены

20 с зажимом одной полярности источника постоянного тока через первый и второй силовые транзисторы, зажим другой полярности данного источника подключен к отводу от средней точки

25 первичной обмотки трансформатора, генератор управляющих сигналов вырабатывает первую и вторую последовательности импульсов, которые подводятся к первому и второму силовым

отпирания и запирания последних. Эти последовательности импульсов вирабатываются в результате совместного действия широтно-импульсного модулятора, обеспечивающего скважность импульсов, необходимую для подцержания выходного, напряжения на заданном уровне, и компенсационной системы симметрирования, контролирующей посредством трансформаторов тока намагничивающие токи в полуобмотках пер- вичной обмотки трансформатора и реагирующей на их разность f3j,

В результате длительность импульсов первой и второй последовательностей таковы, что длительности импульсов тока на выходе силовых транзисторов практически равны. Этим исключается подмагничивание трансформатора постоянным током.

Устройства 2 и З содержат компенсационные системы симметрирования, основанные на регулировании скважности работы силовых ключевых элементов в зависимости от разности значений токов намагничивания, протекающих в плечах инвертора (для устройств 1 и 3J) или от величины средней составляющей магнитного потока в сердечнике трансформатора (для устройства 2).

Недостатком известных устройств является значительная сложность и, как следствие, низкая надежность компенсационных систем симметриро вания. Кроме того,- введение, в контур регулирования интегрирующих звеньев, принципиально необходимых при компенсационных способах симметрирования, ухудшает симметрированйе в различных переходных процес-ах.

Цель изобретения - повышение надежности путем упрощения схемы узла симметрирования.

Указанная цель достигается тем, что в инверторе, содержащем выходной трансформатор и силовые транзисторы, в силовые цепи которых включены трансформаторы тока, связанные с управляющими переходами этих же транзисторов, и трансформаторный датчик тока перегрузки, связанный с узлом симметрирования длительности полупериодов, причем управляющие обмотки трансфорN aTopoB тока связаны с дополнительным источником питания через ограничи гельные резисторы и силовые цепи управляющих транзисторов, управляющи электроды которых связаны с блоком управления, подключенным, в свою очередь, к узлу симметрирования, а силовые- цепи этих транзисторов с соединенными с ними управлякяцими обмотками трансформаторов тока зашунтиро ваны диодами, при этом выходные электроды преобразователя через выходной трансформатор связаны с выходными выводами устройства.

На чертеже представлена принципиальная электринеская схема инвертора в полумостовом варианте (нагрузка включена через выпрямитель и фильтр)

Предлагаемый инвертор содержит усилитель 1 мощности с силовыми транзисторами 2 и 3, управляемыми с помощью трансформаторов 4 и 5 тока. Управляющие обмотки б и 7 трансформаторов 4 и 5 тока соответственно подключены через ограничительные резисторы 8 и 9 и управляющие транзисторы 10 и 11 к дополнительному источнику 12 питания. .Каждый из диодов 13 и 14 шунтирует последовательно соединенные управляющую обмотку трансформатора тока и управляющий транзистор. Базы управляющих транзисторов 10 и 11 подключены к выходам А и Б блока 15 управления, вход которого соединен с выходом датчика 16 тока перегрузки, соединенного через ре гулируемый делитель напряжения на резисторах 17 и 18 с входом усилителя с глубокой отрицательной- обратной связью по току на транзисторе 19 с змиттерным резистором 20, выход которого шунтирует переход змиттер-коллектор одного из управляющих транзисторов. 10 или 11. К выходу усилителя 1 мощности подключена первичная обмотка выходного трансформатора 21, вторичная обмотка которого, может быть соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямитель 22 и фильтр 23. Датчик 16 тока перегрузки может быть выполнен на базе двух трансформаторов,тока, первичные обмотки которых включены в коллекторны цепи соответствующих транзисторов усилителя 1 мощности, а вторичные обмотки шунтированы резисторами и объединены через диоды.

Принцип работы узла симметрирования основан нарегулировании в сторону уменьшения коэффициента насыщения транзистора усилителя мощности с большой длительностью времени рассасывания. При зтом выход усилителя с глубокой отрицательной обратной связью (ГООС), составляющего узел симметрирования, подключается - параллельно переходу эмиттер-коллектор управляющего транзистора, в коллекторной цепи которого включена обмотка трансформатора тока, управляющего работой силового транзистора с большой длительностью времени рассасывания, . .

Инвертор работает следующим образом.

Пусть время рассасывания силового транзистора 3 больше, чем у силового транзистора 2, и поэтому .выход усилителя с ГООС, состоящего из транзистора 19 и змиттерного резистора 20, шунтирует переход эмиттер-коллектор управляющего транзистора 11. Сигналами блока 15 управления с выходов А и Б управляющий транзистор 10 закрыт, а 11 открыт. При этом в усилителе 1 мощности силовой транзистор 2 открыт, а 3 закрыт. Если пренебречь намагничивающи током, то уравнение ампервитков тра сформатора 4 тока имеет вид , где I ,1 - коллекторный и базовый оки силового транзисто ра 2; Wg,W - число витков базовой и коллекторной обмоток трансформаторов 4 и 5 т ка. В данном случае весь ток коллекторной обмотки трансформатора 4 тока трансформируется в его базовую о мотку. Транзистор 19 усилителя с ГООС обесточен, поскольку выход уси лителя шунтирован открытым управляю щим транзистором 11. При изменении уровня выходных си налов блока 15 управления управляющ транзистор 10 открывается, а 11 закрывается. В результате закрывается СИЛОВОЙ транзистор 2 и открывается силовой транзистор 3. Без учета намагничивакхдего тока уравнение ампер витков трансформатора 5 тока приним ет вид I I U I и + I U к Б c.v где |Г .С -коллекторный и базовый токи силового транзистора 3; I - коллекторный ток транзис тора 19 узла симметрирования;Wy - число витков управляющей обмотки трансформатора 5 или 4 тока. Следовательно, не весь ток колле торной обмотки трансформатора 5 тока трансформируется в базовую цепь силового транзистора 3. Часть его ответвляется через управляющую обмотку 7 трансформатора 5 тока в коллекторную цепь транзистора 19 узла симметрирования. Из-за ГООС, обусловленной выбором соответствующего сопротивления резистора 20, величина ответвляемого тока 1 определяется входным сигналом усилителя на транзисторе 19 задаваемым регулируемым делителем на резисторах 17 и 18, подключенным к выходу датчика тока перегрузки. (Регулировкой сопротивления переменно jro резистора 18 устанавливается величина ответвляемого тока. Обеспечивающего такой коэффициент насыщения силового транзистора 3, чтобы дли тельности полупериодов усилителя мощ ности были одинаковыми для симметричного (без одностороннего насыщения) режима работы выходного трансформатора 21. Первоначальная установка тока 1. производится при максимальном токе нагрузки инвертора. При уменьшении тока нагрузки величина тока 1 пропорциональна току нагрузки. В результате симметрия полупериодов инвертора не нарушается при работе в широких пределах изменения его токов нагрузки. Размещением силовых транзисторов 2 и 3 усилителя мощности на общем охлаждающем радиаторе достигается минимальное рассиммет рирование при работе в диапазоне температур окружающей среды. Выходной трансформатор 21 рассчитывается на минимальную ассимметрию полупериодов переменного напряжения инвертора. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность инвертора, силовые транзисторы которого управляются от индивидуальных трансформаторов тока, путем упрощения схемы узла симметрирования . Формула изобретения Инвертор, содержащий выходной трансформатор и силовые транзисторы, в силовые цепи которых включены трансформаторы тока, связанные с управляющими переходами этих транзисторов, и трансформаторный датчик тока перегрузки, связанный с узлом симметрирования длительности полупериодов, причем управляющие обмотки трансформаторов тока связаны с дополнительным источником питания через ограничительные резисторы и силовые, цепи управляющих транзисторов, управляющие электроды которых связаны с блоком .управления, подключенным, в свою очередь, к узлу симметрирования, а силовые цепи этих транзисторов с соединенными с ними управляющими обмотками трансформаторов тока зашунтированы диодами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в качестве узла симметрирования использован транзисторный усилитель с глубокой отрицательной обратной связью по току, вход которого через регулируемый делитель напряжения соединен с выходом трансформаторного датчика тока перегрузки, а выход шунтирует силовой переход одного из управляющих транзисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3859583, кл. 321-2, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 551782, кл. Н 02 М 3/335, 1975. 3.Патент США № 3657631, кл. 321-2, 1972.

-f I I

V

I

-a- 5

Лг rxj/OU

СЧ1

-/ 1