CN105450074A

CN105450074A - 自激式晶体管逆变器

Info

Publication number: CN105450074A
Application number: CN201510733738.3A
Authority: CN
Inventors: 彭进田
Original assignee: Sichuan Fanhua Aviation Instrument and Electrical Co Ltd
Current assignee: Sichuan Fanhua Aviation Instrument and Electrical Co Ltd
Priority date: 2015-11-01
Filing date: 2015-11-01
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2035-11-01
Also published as: CN105450074B

Abstract

本发明公开的一种自激式晶体管逆变器，旨在供一种空间占用小、电磁干扰小、使用寿命高的逆变器，本发明通过下述技术方案予以实现：在RCC电路中，以组合开关达林顿晶体管作为开关器件，采用取样电阻对电流进行取样，进行峰值电流保护，其中，晶体管Q2发射极串联达林顿管Q1基极组成组合开关达林顿管；达林顿管Q1发射极通过取样电阻R14和触发电容C3并联晶体管Q4的集电极，取样电阻R14一端电连接电源负极和电源负极与晶体管阵列Q5引脚10之间的电位器R15，一端通过二极管D2串联的电阻R8连接于晶体管阵列Q5；通过调节电位器R15的阻值，改变晶体管阵列Q5的引脚10电压值，进而改变晶体管阵列Q5引脚9电压调整阀值和改变取样电阻上的保护电流峰值。

Description

自激式晶体管逆变器

技术领域

本发明涉及一种主要用于航空发动机点火装置的自激式晶体管逆变器。

背景技术

航空发动机点火装置多数采用耐高温逆变器作为点火装置的一个部件。航空发动机点火装置工作的环境温度较高，在飞机直流供电的情况下，所采用的逆变器运行过程中起开关切换作用的机械振子部件，占用空间大，工作时会产生很强的电磁干扰，而逆变器中的振子部件在振荡工作时，其触点的断开和闭合产生拉弧现象，产生强电磁干扰和接点的烧蚀，影响了点火装置的寿命。在现有技术中,自激式晶体管逆变器通常采用电路简单,不需控制电路就可将直流电压自动变为脉冲直流电压，只用4个大功率晶体管和一个变压器组成的晶体管自激逆变器。为使电路接通电源后能正常起振，自激逆变器晶体管必须设有预偏置电路，偏置的大小视晶体管的特性和负载而变，对电路元器件的要求较高。

目前采用的大多数开关电源，无论是自激式还是它激式，其电路均为由PWM系统控的稳压电路。在此类开关电源中，开关管总是周期性的通/断，PWM系统只是改变每个周期的脉冲宽度。PWM系统控制是连续的控制。非周期性开关电源则不同，其脉冲控制过程并非线性连续变化，而只有两种状态:当开关电源输出电压超过额定值时，脉冲控制器输出低电平，开关管截止；当开关电源输出电压低于额定值时，脉冲控制器输出高电平，开关管导通。当负载电流减小时，滤波电容放电时间延长，输出电压不会决速降低，开关管处于截止状态，直到输出电压降低到额定值以下，开关管才再次导通。开关管的截止时间取决于负载电流的大小。开关管的导通/截止由电平开关从输出电压取样进行控制，因此这种非周期性开关电源极适合向间断性负载或变化较大的负载供电。初期的非周期性开关电源均采用它激式电路结构，由运算放大器组成电压比较器，将输出的取样电压变成控制电平，控制它激式振荡器的输出脉冲。当输出电压维持额定电压时比较器输出高电平，振荡器关断输出脉冲，使开关管截止。当输出电压降低时，比较器输出低电平，振荡器输出脉冲，使开关管导通。非周期性开关电源进人家用电器以后，为了简化电路，大多数采用自激振荡方式，直接采用稳压管作为电平开关。由于其控制过程为振荡状态和抑制状态(或称阻塞状态)的时间比，因此称为振荡抑制型变换器(RINGINGCHOKECONVERTER，简称RCC型开关稳压器)。RCC变换器通常是指自振式反激变换器。它是由较少的几个器件就可以组成的高效电路。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的占用空间大，电磁干扰强和接点烧蚀快的不足之处，提供一种空间占用小、电磁干扰小、使用寿命高的自激式晶体管逆变器，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自激式晶体管逆变器，其特征在于：在RCC电路中，以组合开关达林顿晶体管作为开关器件，采用取样电阻对电流进行取样，进行峰值电流保护，其中，晶体管Q2发射极串联达林顿管Q1基极组成组合开关达林顿管；达林顿管Q1发射极通过取样电阻R14和触发电容C3并联晶体管Q4的集电极，取样电阻R14一端电连接电源负极和电源负极与晶体管阵列Q5引脚10之间的电位器R15，一端通过二极管D2串联的电阻R8连接于晶体管阵列Q5，升压变压器T1的初级绕组L1一端连接二极管D9，另一端连接晶体管Q2和达林顿管Q1集电极的并联接点；升压变压器T1的反馈绕组L2一端连接电阻R1及其串联二极管D6和电阻R13的并联接点，另一端通过晶体管Q3的基极连接电阻R3和晶体管Q3的集电极电连接电阻R9和二极管D7并联接点，晶体管Q3的基极通过二极管D1并联电阻R2；次级绕组L3一端通过整流二极管D10和另一端连接储能电容器C4组成并联回路；通过调节电位器R15的阻值，改变晶体管阵列Q5引脚10电压值，进而改变晶体管阵列Q5的引脚9电压调整阀值和改变取样电阻上的保护电流峰值，进一步稳定输出。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

空间占用小。本发明采用达林顿晶体管作为开关器件，取消了机械触点，振荡频率由约700Hz提高到5kHz,降低了升压变压器的体积。该电路在高频状态下工作，不但能使变压器的体积减小，而且还改善了电磁干扰。采用达林顿晶体管作为开关器件，具有较高的电流放大系数(大于5000)，避免了开关器件的饱和，提高了产品使用寿命和电磁兼容效果。采用取样电阻对电流进行取样，进行峰值电流保护，这种逆变电路的振荡频率和波形由振荡级决定，基本上不受负载变化和电源电压波动的影响，输出电压较稳定。

电磁干扰小、使用寿命高。本发明开关器件采用晶体管和达林顿管组成高电流放大系数的组合达林顿管，使开关一直工作在饱和区域，同时提高了基极饱和导通电压。采用取样电阻对电流进行取样，进行峰值电流保护，提供高了点火装置在低输入电压条件下的输出功率。相比于现有机械振子逆变技术，由于没有机械振子触点，寿命会有约30％的提升，从而避免了机械触点电流拉弧产生的电磁辐射。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

图1本发明自激式晶体管逆变器的电路原理示意图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，自激式晶体管逆变器采用RCC电路，开关器件晶体管采用达林顿管，开关关断原理由取样电阻上的电流峰值决定。该自激式晶体管逆变器主要由升压变压器、达林顿晶体管、晶体管阵列、二极管、取样电阻和触发电容组成。其中,晶体管Q2和达林顿管Q1组成组合开关达林顿管；升压变压器采用包含初级绕组、反馈级绕组和次级绕组的三绕组结构。初级绕组为逆变器初级导通时的储能电感；次级绕组是初级关断时，有电流经整流器件向储能电容充电；反馈级绕组在初级关断时感应次级电压，为由晶体管Q2和达林顿管Q1组成组合开关达林顿管关断提供负压，维持初级关断。

在RCC电路中，以组合开关达林顿晶体管作为开关器件，采用取样电阻对电流进行取样，进行峰值电流保护，其中，晶体管Q2发射极串联达林顿管Q1基极组成组合开关达林顿管；达林顿管Q1发射极通过取样电阻R14和触发电容C3并联晶体管Q4的集电极，取样电阻R14一端电连接电源负极和电源负极与晶体管阵列Q5引脚10之间的电位器R15，一端通过二极管D2串联的电阻R8连接于晶体管阵列Q5，升压变压器T1的初级绕组L1一端连接二极管D9，另一端连接晶体管Q2和达林顿管Q1集电极的并联接点；升压变压器T1的反馈绕组L2一端连接电阻R1及其串联二极管D6和电阻R13的并联接点，另一端通过晶体管Q3的基极连接电阻R3和晶体管Q3的集电极电连接电阻R9和二极管D7并联接点，晶体管Q3的基极通过二极管D1并联电阻R2；次级绕组L3一端通过整流二极管D10和另一端连接储能电容器C4组成并联回路，通过调节电位器R15的阻值，改变晶体管阵列Q5引脚10电压值，进而改变晶体管阵列Q5引脚9电压调整阀值，进而改变取样电阻上的保护电流峰值，进一步稳定输出。晶体管阵列Q5的各脚分别与电阻R4、二极管D3串联的电阻R11、电阻R6、电位器R15、电阻R8、电阻R5、晶体管Q4、二极管D8、电阻R10和电阻R12相连。其中，电阻R11通过晶体管阵列Q5的引脚12串联二极管D3，电阻R11和二极管D3串联在晶体管阵列Q5的引脚14与引脚11之间，并与电阻R6并联。电阻R4一端并联电阻R7和电阻R3，一端并联于电阻R5与二极管D8之间。电位器R15一端电连接电源负极，并与晶体管阵列Q5引脚6并联。晶体管阵列Q5引脚6、7并联通过串联电阻R5、二极管D8、电阻R12电连接电源负极。晶体管阵列Q5引脚4电连接晶体管Q4集电极，晶体管Q4通过电阻R10和电源负极经串联电容C2电连接电源正极。电阻R3通过电阻R9与二极管D7的接点和晶体管Q3基极的接点串联二极管D1，二极管,1并联在晶体管Q3集电极与电阻R2之间，电阻R2输出端电连接在升压变压器T1反馈级绕组L2与电阻R1、电阻R13并联接点之间。

本发明的工作原理是：低压直流电源经二极管D9、电阻R3、升压变压器T1反馈级绕组L2和电阻R13给触发电容C3充电；当触发电容C3的电压达到晶体管Q2和达林顿管Q1组成的组合开关达林顿管的基极饱和电压时，组合开关达林顿管饱和导通；通过组合开关达林顿管和取样电阻R14的电流线性增加；电阻R14、电阻R8和二极管D2上的电压上升到设定值时，晶体管阵列Q5的3脚输出高电平使晶体管Q4饱和导通，触发电容C3上的电能经晶体管Q4泄放至晶体管Q4的饱压降，关断Q1；升压变压器初级绕组T1中的电流经铁芯转换至升压变压器次级绕组，升压变压器次级绕组的电流经二极管D10给储能电容器充电；当次级绕组的电流下降到零时，升压变压器T1各绕组的电压方向改变，在电源电压的驱动下进行重新开始新一轮的逆变工作。

Claims

1.一种自激式晶体管逆变器，其特征在于：在RCC电路中，以组合开关达林顿晶体管作为开关器件，采用取样电阻对电流进行取样，进行峰值电流保护，其中，晶体管Q2发射极串联达林顿管Q1基极组成组合开关达林顿管；达林顿管Q1发射极通过取样电阻R14和触发电容C3并联晶体管Q4的集电极，取样电阻R14一端电连接电源负极和电源负极与晶体管阵列Q5引脚10之间的电位器R15，一端通过二极管D2串联的电阻R8连接于晶体管阵列Q5，升压变压器T1的初级绕组L1一端连接二极管D9，另一端连接晶体管Q2和达林顿管Q1集电极的并联接点；升压变压器T1的反馈绕组L2一端连接电阻R1及其串联二极管D6和电阻R13的并联接点，另一端通过晶体管Q3的基极连接电阻R3和晶体管Q3的集电极电连接电阻R9和二极管D7并联接点，晶体管Q3的基极通过二极管D1并联电阻R2；次级绕组L3一端通过整流二极管D10和另一端连接储能电容器C4组成并联回路；通过调节电位器R15的阻值，改变晶体管阵列Q5的引脚10电压值，进而改变晶体管阵列Q5的引脚9电压调整阀值和改变取样电阻上的保护电流峰值，进一步稳定输出。

2.如权利要求1所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：晶体管阵列Q5的各脚分别与二极管D3串联的电阻R4、电阻R11、电阻R6、电位器R15、电阻R8、电阻R5、晶体管Q4、二极管D8、电阻R10和电阻R12相连。

3.如权利要求1所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：升压变压器采用包含初级绕组、反馈级绕组和次级绕组的三绕组结构。

4.如权利要求3所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：初级绕组为逆变器初级导通时的储能电感；次级绕组是初级关断时，电流经整流器件向储能电容充电；反馈级绕组在初级关断时感应次级电压，为由晶体管Q2和达林顿管Q1组成组合开关达林顿管关断提供负压，维持初级关断。

5.如权利要求1所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：低压直流电源经二极管D9、电阻R3、升压变压器T1反馈级绕组L2和电阻R13给触发电容C3充电。

6.如权利要求4所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：当触发电容C3的电压达到晶体管Q2和达林顿管Q1组成的组合开关达林顿管的基极饱和电压时，组合开关达林顿管饱和导通；通过组合开关达林顿管和取样电阻R14的电流线性增加。

7.如权利要求5所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：电阻R14、电阻R8和二极管D2上的电压上升到设定值时，晶体管阵列Q5的3脚输出高电平使晶体管Q4饱和导通，触发电容C3上的电能经晶体管Q4泄放至晶体管Q4的饱压降，关断Q1；升压变压器初级绕组T1中的电流经铁芯转换至升压变压器次级绕组，升压变压器次级绕组的电流经二极管D10给储能电容器充电；当次级绕组的电流下降到零时，升压变压器T1各绕组的电压方向改变，在电源电压的驱动下进行重新开始新一轮的逆变工作。

8.如权利要求1所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：电阻R11通过晶体管阵列Q5的引脚12串联二极管D3，电阻R11和二极管D3串联在晶体管阵列Q5的引脚14与引脚11之间，并与电阻R6并联。

9.如权利要求1所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：电阻R4一端并联电阻R7和电阻R3，一端并联于电阻R5与二极管D8之间；电位器R15一端电连接电源负极，并与晶体管阵列Q5引脚6并联;晶体管阵列Q5引脚6、7并联通过串联电阻R5、二极管D8、电阻R12电连接电源负极。

10.如权利要求1所述的自激式晶体管逆变器，其特征在于：晶体管阵列Q5引脚4电连接晶体管Q4集电极，晶体管Q4通过电阻R10和电源负极经串联电容C2电连接电源正极；电阻R3通过电阻R9与二极管D7的接点和晶体管Q3基极的接点串联二极管D1，二极管D1并联在晶体管Q3集电极与电阻R2之间，电阻R2输出端电连接在升压变压器T1反馈级绕组L2与电阻R1、电阻R13并联接点之间。