Транзисторный инвертор Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 

(5) ТГАНЗИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике и может найти применение во вторичных источниках питания. Известен транзисторныйинвертор, в котором для снижения динамических потерь транзисторов используются реактивные цепочки fl. Наиболее близким к изобретению является транзисторный инвертор, выполненный по мостовой схеме и содержащий в каждом плече транзистор, шунтированный цепочкой из последовательно соединенных конденсатора и диода, причем диод и транзистор включены согласно относительно основного источника питания, дроссель,включенный пос ледовательно с транзистором, возвратный диод . В указанных инверторах для ограничения скорости нарастания напряжения при запирании транзистора используются конденсаторы. Однако в момент отпирания через транзистор имеет место скачок тока разряда конденсатора, что создает дополнительные динамические потери. Цель изобретения - снижение динамических потерь транзисторов инвертора путем уменьшения скорости нарастания разрядного тока конденсаторов. Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный инвертор, выполненный по мостовой схеме и содержащий в каждом плече транзистор, шунтированный цепочкой из последовательно соединенных конденсатора и диода, причем диод и транзистор включены согласно относительно основного источника питания, дроссель, включенный последовательно с транзистором, возвратный .диод, между разноименными обкладками конденсаторов верхнего и нижнего плеч согласно с основным источником включен вспомогательный исто-чник литания, диоды указанных цепочек верхнего и нижнего плеч подключены к разноименным силовым

электродамсоответствующих транзис.торов, между которыми включены указанные дроссели, а возвратные диоды подключены непосредственно к транзисторам.

Кроме того, с целью уменьшения времени коммутации между транзисторами может быть включена цепочка из последовательно соединенных дополнительных дросселя, резистора и диода, причем последний включен coi- ласно с возвратными диодами.

На фиг, 1 представлена фаза основной схемы инвертора: на фиг. 2 усовершенствованная схема фазы ийвертора; на фиг. 3 - (.Ci, б,В,г-)-схемы практической реализации вспомогательного источника питания.

В качестве конкретного примера рас смотрим мостовую схему, транзисторного инвертора. Фаза инвертора (фиг.1) состоит из двух последовательно включенных плеч и содержит транзисторы 1 и 2,параллельно которым в обратном направлении включены возвратные диоды соответственно 3 и 4. Транзисторы фазы соединены между собой с помощью дросселя 5, к средней точке которой подключена нагрузка 6. Кроме основного источника 7 питания, фаза содержит также вспомогательный источник 8 питания, который положительным полюсом через диод 9 подключен к общей точке коллектора транзистора 2 и дросселя 5 а через конденсатор 10к эмиттеру транзистора 2. Отрицательным полюсом источник 8 через диод 11 подключен к общей точке дросселя 5 и эмиттера транзистора 1, а через конденсатор 12 - к коллектору транзистора 1..

Инвертор способен работать как в нерегулируемом, так и в регулируемом режимах. В последнем случае, например при широтно-импульсной модуляции с несколькими переключениями одного и того же транзистора за полупериод основной частоты преобразования, реализуются два типа коммутации; от возвратного диода к транзистору сложного плеча и наоборот.

Первый тип коммутации осуществляется в три этапа. Рассмотрим коммута цию тока от диода Ц к транзистору 1.

В предкоммутационном состоянии проводит диод V. Конденсатор 10 разряжен, а конденсатор 12 заряжен.

Коммутация начинается отпиранием транзистора 1. При этом появляется плавно нарастающий ток i/, через транзистор и верхнюю половину дросселя 5 вызывающий уменьшение тока „ нижней половины дросселя 5. Первый этап заканчивается прохождением in через нуль (запиранием диода k). На этом этапе напряжения конденсаторов не меняются.

Второй этап начинается отпиранием диода 9. После этого момента происходит плавный перезаряд конденсаторов при этом конденсатор 10 заряжается по цепи 7-1-5-9-10-7, а конденсатор 12 разряжается по цепи 12-1-5-9 8-12 Через транзистор 1 протекает сумма токов нагрузки и ток разряда конденсатора 12. При максимальном токе нагрузки указанная сумма определяет максимальный перегрузочный ток транзистора во всем коммутационном интервале независимо от типа коммутации. Второй этап заканчивается разрядом коденсатора 12 и зарядом конденсатора 10,

На третьем этапе проводят диоды 9 и 1 1. Здесь напряжения конденсаторов не меняются, а токи i и i спадают , причем ток ц до значения тока нагрузки, а ток i - до нуля. Процесс коммутации завершается прохождением тока i через нуль, т.е. запиранием диодов 9 и 11.

Аналогичным образом происходит коммутация тока от диода 3 к транзистору 2,

Второй тип коммутации также проходит в три этапа. Рассмотрим коммутацию тока от, транзистора 1 к диоду k.

В предкоммутационном состоянии открыт только транзистор 1. Конденсатор 12 разряжен, а конденсатор 10 заряжен. I

Коммутация начинается запиранием

транзистора 1. Отпирается диод 11 и происходит плавный перезаряд конденсаторов, при этом конденсатор 12 заряжается по цепи 7-12-11-5-6-...{другая фазаj ,...-7, а конденсатор разряжается по цепи 10-8-11-5-6-...( другая фаза ) - ...-10.

Для полной коммутации тока необходимо, чтобы конденсатор полностью разрядился. Однако при малых значениях тока нагрузки коммутация может затянуться и очередная коммутация

диод-транзистор начнется с ненормального состояния. Чтобы избежать этого, с некоторой задержкой (относительно момента выключения транзистора 1, включается транзистор 2. Если ток нагрузки велик, то отпирание диода 4 происходит до момента включения транзистора 2, так что последний не влияет на процессы в схеме.

На втором этапе проводят диод 11 и транзистор 2. Последний создает . дополнительные пути разряда конденсатора 10 по цепи.10-8-11-5-2-10 и заряда конденсатора 12 по цепи 7 12--11-5-2-7. В момент достижения напряжения конденсатора 12 значения Е ig меняет знак, запирается транзистор 2 и отпирается диод 4. Этап заканчивается Полным разрядом конденсатора 10.

Третий этап начинается отпиранием диода 9. При этом ток Ц, замыкаясь по цепи 5-9-8-11-5 с противо-ЭДС, спадает до нуля. Запиранием допол- . нительных диодов 9 и 11 процесс коммутации завершается.

Аналогичные процессы имеют место при коммутации тока от транзистора 2 к диоду 3.

. Время коммутации зависит от индуктивности дросселя 5 и величины напряжения источника 8 и складывается из трех интервалов, соответствующих трем этапам. Это время тем дольше, чем больше энергия, накапливаемая в индуктивности дросселя 5 во время коммутации..

На фиг. 2 представлена фаза усовершенствованной схемы инвертора, где параллельно коммутирующей индуктивности подключена шунтирующая цепь, состоящая из дополнительных резистора 13, диода и дросселя 15. Процессы в схеме качественно не отличаются от процессов в схеме по фиг. 1, однако благодаря наличию iuyHтирующей цепи в индуктивности дросселя 5 накапливается при коммутации меньше энергии, что уменьшает время коммутации.

На фиг, 3 представлены четыре из возможных вариантов практического выполнения вспомогательного источника 8 питания. На фиг. Зй источник 8 заменен стабилитроном 1б, на фиг.ЗЬ - параллельно соединенным стабилитроном 16 и конденсатором 17, на фиг. Зб добавлено еще и ограничивающее сопротивление 18, а на фиг. параллельной RC-цепью (19-20).

Таким образом, благодаря включению в цепи перезаряда конденсаторов дросселя и вспомогательного источника питания и совмещению процессов перезаряда скорости изменения токов в транзисторах уменьшаются, что и позволяет снизить в них динамические потери.

Формула изобретения

, 2. Инвертор по П.1, о т л ич аю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения времени коммутации, .между транзисторами включена церочка из последовательно соединенных дополнительных дросселя, резистора и диода, причем последний включен согласно с возвратными диодами,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

c,ii a-i4i, рис. 3.

2,Evans P.D, ,Hi11-Cottingham R,I. , Some Aspects of Pov/er Transistor Inverter Desifin.-lEE I. Electric power applications, June, 1979, vol. 2, Г4 3, pp.73-80.

л

12

Ж

16

L./7

S

/7 f3

r-ZQ

Т

(раз.З