FR2462809A1

FR2462809A1 - Transistorised inverter for DC to AC phase(s) - has current transformer primary in output line and secondary in base drive circuit of inverter

Info

Publication number: FR2462809A1
Application number: FR7919581A
Authority: FR
Inventors: John Robert Melling
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1979-07-30
Filing date: 1979-07-30
Publication date: 1981-02-13
Also published as: FR2462809B1

Abstract

The transistorised device is for inverting d.c. to one or more phases of a.c. for the or each phase to be produced there is provided a current transformer primary (4) in an output line (6) of the inverter with a secondary (8, 10) of the current transformer in a base drive circuit (D1, 8;D2, 10) for the inverter. The current transformer is effective to feed a portion of the output current of the inverter back to the base drive circuit in order to provide current for the base drive circuit. Alternatively, the inverter operates in push/pull mode, the current transformers having respective primary windings in the collector circuits of the two transistors, and a secondary winding in the base circuits of the transistors.

Description

La présente invention concerne un onduleur transistorisé. The present invention relates to a transistorized inverter.

Les pertes dans le circuit de base d'un onduleur transistorisé alimenté en basse tension constituent un facteur important de son rendement. Ces pertes sont encore aggravées par de fortes variations de la tension continue de la barre d'alimentation, de telles variations se produisant, par exemple, dans les applications aérospatiales. The losses in the basic circuit of a transistorized inverter supplied with low voltage constitute an important factor of its efficiency. These losses are further aggravated by large variations in the DC voltage of the power bar, such variations occurring, for example, in aerospace applications.

La présente invention a pour objet un onduleur transistorisé dans lequel les inconvénients susmentionnés sont surmontés ou atténués. The present invention relates to a transistorized inverter in which the aforementioned drawbacks are overcome or mitigated.

En conséquence, la présente invention concerne un onduleur transistorisé qui est destiné à transformer un courant continu en une ou'plusieurs phases de courant alternatif et dans lequel il est prévu pour la ou chaque phase à pro duire un enroulement primaire dtun transformateur d'intensité dans une ligne de sortie de l'onduleur, ltenroulement secondaire dudit transformateur se trouvant dans le circuit de commande de la base d'un transistor de l'onduleur, le transformateur d'intensité étant capable de renvoyer au circuit de commande de la base d'un transistor une certaine proportion du courant de sortie de ltonduleur, afin d'alimenter ce circuit en courant de commande. Consequently, the present invention relates to a transistorized inverter which is intended to transform a direct current into one or more phases of alternating current and in which there is provided for the or each phase to produce a primary winding of a current transformer in an inverter output line, the secondary winding of said transformer being in the control circuit of the base of an inverter transistor, the intensity transformer being capable of returning to the control circuit of the base of a transistor a certain proportion of the output current of the inverter, in order to supply this circuit with control current.

De préférence, pour la ou chaque phase à produire, onduleur comporte des premier et second transistors principaux et le transformateur d'intensité présente alors un primaire relié à ladite sortie et un secondaire pour chacun des premier et second transistors principaux, chaque secondaire délivrant le courant de commande de la base du premier ou second transistor principal qui lui est associé. Preferably, for the or each phase to be produced, the inverter comprises first and second main transistors and the current transformer then has a primary connected to said output and a secondary for each of the first and second main transistors, each secondary delivering the current. for controlling the base of the first or second main transistor associated therewith.

Ltondulcur transistorisé peut comporter une diode associée à chaque secondaire pour empêcher qu'un courant inverse ne circule dans ce dernier. Eventueilement, il est possible d'utiliser des dispositifs autres que les diodes. Ltondulcur transistorized may include a diode associated with each secondary to prevent a reverse current from flowing therein. Eventually, it is possible to use devices other than the diodes.

Onduleur transistorisé comprend, de préférence un enroulement de polarisation qui est enroulé autour du noyau du transformateur d'intensité et est connecté aux bornes d'une barre alimentant ltentrée de l'onduleur en courant continu. A transistorized inverter preferably comprises a bias winding which is wound around the core of the current transformer and is connected to the terminals of a bar supplying the input of the inverter with direct current.

Ltonduleur transistorisé peut comporter une résistance destinée à provoquer l'application d'un courant initial alternativement à la base des premier et second transistors lorsque l'onduleur commence à fonctionner. Cette résistance ou àutre élément équivalent assure le début du fonctionnement de ltonduleur, car sinon il pourrait être difficile d'obtenir le courant initial engendré dans le primaire. The transistorized inverter may include a resistor intended to cause the application of an initial current alternately to the base of the first and second transistors when the inverter begins to operate. This resistor or other equivalent element ensures the start of operation of the inverter, because otherwise it could be difficult to obtain the initial current generated in the primary.

Ltinvention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels
la figure 1 représente le circuit nécessaire dans un onduleur transistorisé de l'invention pour chaque phase de courant alternatif devant être produite ; et
la figure 2 représente le circuit nécessaire dans un onduleur transistorisé de lwinvention, utilisé dans un mode symétrique.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples and in which
FIG. 1 represents the circuit necessary in a transistorized inverter of the invention for each phase of alternating current to be produced; and
FIG. 2 represents the circuit necessary in a transistorized inverter of the invention, used in a symmetrical mode.

On va examiner la figure 1 qui représente un circuit destiné à un onduleur transistorisé, comprenant un premier transistor principal TR3 et un second transistor principal
TR4. Le courant continu qui doit être transformé est transmis aux transistors TR3, TR4 à partir dtune barre d'alimentation 2. La tension de ce courant continu peut varier et elle peut être comprise, par exemple, entre 16 et 32 volts.We will examine FIG. 1 which represents a circuit intended for a transistorized inverter, comprising a first main transistor TR3 and a second main transistor
TR4. The direct current which must be transformed is transmitted to the transistors TR3, TR4 from a power bar 2. The voltage of this direct current can vary and it can be, for example, between 16 and 32 volts.

Les transistors TR3, TR4, délivrent alternativement le courant par l'intermédiaire d'un enroulement primaire 4 dtun transformateur d'intensité CTl à une charge ou à partir de cette dernière. Le transformateur CT1 est incorporé dans une ligne de sortie 6 de l'onduleur.The transistors TR3, TR4, alternately deliver the current via a primary winding 4 dtun current transformer CTl to a load or from the latter. The transformer CT1 is incorporated in an output line 6 of the inverter.

La base du transistor TR3 est alimentée en courant de commande par un circuit comprenant un enroulement secondaire 8 du transformateur CT1 et une diode D1. Egalement, le courant de commande de la base du transistor TR4 est délivré par un circuit comprenant un enroulement secondaire 10 du transformateur CT1 et une diode D2. Un transistor TR1 est associé au circuit de commande de la base du transistor TR3 t un transistor TR2 est associé au circuit de commande de la base du transistor TR4. Ces transistors TR1, TR2, sont utilisés pour court-circuiter alternativement les enroulements 8, 10, de façon que les deux circuits de commande des bases fonctionnent en alternance, de manière que le courant soit appliqué alternativement aux transistors TR3,
TR4.Les transistors TR1, TR2, sont alimentés en courant qui est en opposition de phase et qui est appliqué à ces transistors TR1, TR2 par des conducteurs 12, 14 respectivement.The base of the transistor TR3 is supplied with control current by a circuit comprising a secondary winding 8 of the transformer CT1 and a diode D1. Also, the control current of the base of the transistor TR4 is delivered by a circuit comprising a secondary winding 10 of the transformer CT1 and a diode D2. A transistor TR1 is associated with the control circuit of the base of the transistor TR3 t a transistor TR2 is associated with the control circuit of the base of the transistor TR4. These transistors TR1, TR2, are used to alternately short-circuit the windings 8, 10, so that the two control circuits of the bases operate alternately, so that the current is applied alternately to the transistors TR3,
TR4. The transistors TR1, TR2, are supplied with current which is in phase opposition and which is applied to these transistors TR1, TR2 by conductors 12, 14 respectively.

Une résistance R1 est connectée comme représenté entre les circuits de commande des bases des transistors TR3, TR4. A resistor R1 is connected as shown between the control circuits of the bases of the transistors TR3, TR4.

Cette résistance R1 présente une grande valeur et elle rend les transistors TR3, TR4 conducteurs afin de permettre à l'onduleur de commencer à fonctionner.This resistor R1 has a great value and it makes the transistors TR3, TR4 conductive in order to allow the inverter to start operating.

Un enroulement de polarisation 16 est connecté entre la barre 2 et une barre d'entrée 18. Ltenroulement de pola- risation 16 est enroulé autour du noyau du transformateur CT1. La diode D3 est connectée entre la ligne de sortie 6 et la barre 2,et une diode D4 est connectée entre la ligne de sortie 6 et la barre 18. A polarization winding 16 is connected between the bar 2 and an input bar 18. The polarization winding 16 is wound around the core of the transformer CT1. The diode D3 is connected between the output line 6 and the bar 2, and a diode D4 is connected between the output line 6 and the bar 18.

Au cours du fonctionnement du circuit, lorsque les transistors TR2, TR3 sont conducteurs et que les transistors TR1, TR4 sont bloqués, le courant circule le long de la barre 2 et par le conducteur 20 jusqu'au transistor TR3. La majorité du courant traverse alors le transistor TR3 pour atteindre la ligne de sortie 6 par l'intermédiaire de l'en- roulement primaire 4 du transformateur CT1. Ce ccurant circulant dans 11 enroulement primaire 4 induit un courant dans ltenroulement secondaire 8, de sorte qu'un courant circule également en direction des conducteurs 20, 22,de la diode
D1, de l'enroulement secondaire 8 et de la barre 2. Le courant circulant dans ce circuit constitue un courant de commande de la base du transistor TR3.La quantité de courant délivrée à la base du transistor TR3 est fonction du courant du circuit du collecteur et du rapport des nombres de spires du transformateur d'intensité. Lorsque le courant circulant dans le circuit du collecteur augmente, le courant circulant dans le circuit de base augmente proportionnellement. Par conséquent, si l'on choisit le rapport des nombres de spires d9 façon qu'il corresponde au gain minimal du transistor TR3, ce dernier est toujours alimenté correctement en courant de commande de la base pour le maintenir juste à saturation.During the operation of the circuit, when the transistors TR2, TR3 are conductive and the transistors TR1, TR4 are blocked, the current flows along the bar 2 and through the conductor 20 to the transistor TR3. The majority of the current then passes through the transistor TR3 to reach the output line 6 via the primary winding 4 of the transformer CT1. This current flowing in the primary winding 4 induces a current in the secondary winding 8, so that a current also flows in the direction of the conductors 20, 22, of the diode.
D1, the secondary winding 8 and the bar 2. The current flowing in this circuit constitutes a control current from the base of the transistor TR3. The amount of current supplied to the base of the transistor TR3 is a function of the current of the circuit of the collector and the ratio of the numbers of turns of the intensity transformer. As the current flowing in the collector circuit increases, the current flowing in the base circuit increases proportionally. Consequently, if one chooses the ratio of the numbers of turns so that it corresponds to the minimum gain of transistor TR3, the latter is always correctly supplied with control current from the base to keep it just at saturation.

Les transistors TR1 et TR2 sont commandés alternativement par un courant approprié circulant le long des conducteurs 12 14. Les transistors TR1, TR2 sont commandés alternativement à la fréquence de sortie voulue pour court circuiter les enroulements 8, 10 selon les besoins et tour à tour. Ceci provoque également la commande des transistors principaux TR3, TR4 à la fréquence nécessaire. The transistors TR1 and TR2 are controlled alternately by an appropriate current flowing along the conductors 12 14. The transistors TR1, TR2 are controlled alternately at the desired output frequency to short-circuit the windings 8, 10 as required and in turn. This also causes the main transistors TR3, TR4 to be controlled at the necessary frequency.

Lorsque les transistors TRl, TR4 sont conducteurs, le courant passe de la charge le long des conducteurs 6 et 24 aux transistors TR4 par l'intermédiaire de l'enroulement primaire 41du transistor TR4 au conducteur 26 et le long du conducteur 28 à l'alimentation. Le courant circulant dans l'enroulement primaire 4 induit un courant dans ltén- roulement secondaire 10, de façon qu'un courant circule dans le circuit de base, l'enroulement 10, le conducteur 30, le transistor TR4, les conducteurs 26 et 28 et la diode D2. When the transistors TR1, TR4 are conductive, the current flows from the charge along the conductors 6 and 24 to the transistors TR4 via the primary winding 41from the transistor TR4 to the conductor 26 and along the conductor 28 to the power supply. . The current flowing in the primary winding 4 induces a current in the secondary winding 10, so that a current flows in the basic circuit, the winding 10, the conductor 30, the transistor TR4, the conductors 26 and 28 and diode D2.

Cela applique à la base du transistor TR4 un courant de valeur appropriée.This applies a current of appropriate value to the base of transistor TR4.

Comme indiqué plus haut, la résistance R1 présente une grande valeur et rend conducteurs les transistors
TR3, TR4 au début de chaque demi-période.As indicated above, the resistance R1 has a great value and makes the transistors conductive
TR3, TR4 at the start of each half-period.

Les diodes D1, D2, empechent l'application de tensions inverses au circuit collecteur-émetteur des transistors TR2, TR1 et au circuit base-émetteur des transistors TR3, TR4. L'enroulement de polarisation 16 compense tout déséquilibre entre les bases des transistors TR3 et TR4. The diodes D1, D2, prevent the application of reverse voltages to the collector-emitter circuit of the transistors TR2, TR1 and to the base-emitter circuit of the transistors TR3, TR4. The polarization winding 16 compensates for any imbalance between the bases of the transistors TR3 and TR4.

Les diodes D3 et D4 établissent un trajet de circulation du courant pour des charges inductives. Plus particulièrement, lorsque le transistor TR3 est bloqué, le courant continue à circuler dans la ligne de sortie 6, ce qui provoque une élévation de tension qui pourrait détruire le transistor TR4. La diode D3 établit un trajet de circulation aisée pour le courant induit et empêche un endommagement du transistor TR4. Lorsque ce dernier est bloqué, la diode D4 établit un trajet de circulation du courant inductif et protège le transistor TR3. The diodes D3 and D4 establish a current circulation path for inductive loads. More particularly, when the transistor TR3 is blocked, the current continues to flow in the output line 6, which causes a rise in voltage which could destroy the transistor TR4. The diode D3 establishes an easy circulation path for the induced current and prevents damage to the transistor TR4. When the latter is blocked, the diode D4 establishes a path for the circulation of the inductive current and protects the transistor TR3.

On va se référer maintenant à la figure 2 sur laquelle les mêmes éléments de montage sont désignés par les mêmes numéros de référence que sur la figure 1. Le montage de la figure 2 montre lutilisation de l'invention dans un mode symétrique. We will now refer to Figure 2 in which the same mounting elements are designated by the same reference numbers as in Figure 1. The assembly of Figure 2 shows the use of the invention in a symmetrical mode.

Pour faciliter la compréhension, on va supposer que sur la figure 2 les transistors TR4 et TR1 sont conducteurs et les transistors TR3 et TR4 sont bloqués. Les conducteurs 12 et 14 constituent les entrées de commande des transistors. Ces conducteurs 12, 14 commandent alternativement lesdits transistors, comme le montre la forme d'onde à la fréquence de sortie voulue. Le courant circule du conducteur positif 2 par l'intermédiaire de la moitié droite du transformateur T1 dtun enroulement 35, d'un enroulement 32 du transformateur CT1, du transistor TR4 au conducteur négatif 18. Le courant circulant dans l'enroulement 32 a pour effet d'induire un courant dans ltenroulement 33. To facilitate understanding, we will assume that in Figure 2 the transistors TR4 and TR1 are conductive and the transistors TR3 and TR4 are blocked. The conductors 12 and 14 constitute the control inputs of the transistors. These conductors 12, 14 alternately control said transistors, as shown by the waveform at the desired output frequency. The current flows from the positive conductor 2 via the right half of the transformer T1 dtun winding 35, a winding 32 of the transformer CT1, from the transistor TR4 to the negative conductor 18. The current flowing in the winding 32 has the effect to induce a current in the winding 33.

Ce courant circule par l'enroulement 33, la base du transistor
TR4 à l'émetteur de ce dernier1 le long du conducteur 18 à travers la diode D1 pour revenir à l'enroulement 33.This current flows through winding 33, the base of the transistor
TR4 to the transmitter of the latter1 along the conductor 18 through the diode D1 to return to the winding 33.

Le circuit de commande ramène le conducteur 12 à zéro et rend le conducteur 14 positif. Ceci a pour effet de bloquer le transistor TR1 et de rendre conducteur le transistor TR2. Ltétat conducteur du transistor TR2 court-circuite la base du transistor TR4 à son émetteur et détourne le courant circulant de la base à l'émetteur du transistor TR4 pour le faire circuler du collecteur à l'émetteur du transis tor TR2. Par conséquent, le transistor TR4 est bloqué.Le courant commence alors à circuler du conducteur positif 2 par l'intermédiaire de la résistance R1, de la moitié inférieure de l'enroulement 33 et de la base à l'émetteur du transistor TR3. Ceci rend conducteur le transistor TR3 qui fait circuler le courant du conducteur 2 par l'intermédiaire de l'enroulement 34, de ltenroulement 31, du collecteur à l'émetteur du transistor TR3 pour revenir par le conducteur 18. Le courant circulant dans l'enroulement 31 a pour effet dtinduire un courant dans l'enroulement 33. Ce courant circule dans l'enroulement 33 par la base à ltémetteur du transistor
TR3 le long du conducteur 18 à travers la diode D2 pour revenir à ltenroulement 33.The control circuit brings the conductor 12 back to zero and makes the conductor 14 positive. This has the effect of blocking the transistor TR1 and making the transistor TR2 conductive. The conductive state of the transistor TR2 short-circuits the base of the transistor TR4 at its emitter and diverts the current flowing from the base to the emitter of the transistor TR4 to make it flow from the collector to the emitter of the transis tor TR2. Consequently, the transistor TR4 is blocked. Current then begins to flow from the positive conductor 2 via the resistor R1, from the lower half of the winding 33 and from the base to the emitter of the transistor TR3. This makes the transistor TR3 conductive which circulates the current from the conductor 2 via the winding 34, the winding 31, from the collector to the emitter of the transistor TR3 to return via the conductor 18. The current flowing in the winding 31 has the effect of inducing a current in winding 33. This current flows in winding 33 through the base to the emitter of the transistor
TR3 along the conductor 18 through the diode D2 to return to the winding 33.

Le courant continue à circuler jusqu'à ce que les conducteurs 12 et 14 soient à nouveau inversés, ce qui bloque le transistor TR2. Ltétat conducteur du transistor TR1 a pour effet de court-circuiter la base à l'émetteur du transistor
TR3, Qe qui bloque ce dernier. Le courant circule du conducteur 2 par la résistance Rî, la moitié supérieure de ltenroulement 33, la base à l'émetteur du transistor TR4 pour revenir par le conducteur 18. Par suite, le transistor TR4 est rendu conducteur, ce qui termine le cycle de fonctionnement.The current continues to flow until the conductors 12 and 14 are again reversed, which blocks the transistor TR2. The conductive state of transistor TR1 has the effect of short-circuiting the base at the emitter of the transistor
TR3, Qe which blocks the latter. The current flows from the conductor 2 through the resistor Rî, the upper half of the winding 33, the base at the emitter of the transistor TR4 to return through the conductor 18. As a result, the transistor TR4 is made conductive, which ends the cycle of operation.

La circulation du courant dans les enroulements 34 et 35 fait alterner le flux dans le noyau du transformateur Ti et induit un courant dans l'enroulement 36. Il en résulte un courant de sortie alternatif dans les conducteurs 6. The circulation of the current in the windings 34 and 35 alternates the flow in the core of the transformer Ti and induces a current in the winding 36. This results in an alternating output current in the conductors 6.

Il va de soi que les formes des réalisation de l'invention décrites ci-dessus ne sont données qutà titre d'exemples et que de nombreuses modifications peuvent y hêtre apportées. Ainsi, par exemple, l'enroulement de polarisation 16 de la figure 1 pourrait être supprimé si l'on utilisait un transformateur d'intensité CT1 de plus grande dimension, de façon qu'il ne soit pas aussi facilement saturé. Il est également évident que les montages representés sur les dessins sont destinés à produire une seule phase. Les mon tages représentés sont répétés pour chaque phase de courant alternatif à produire. It goes without saying that the embodiments of the invention described above are given only by way of examples and that numerous modifications can be made thereto. Thus, for example, the polarization winding 16 of FIG. 1 could be omitted if a larger CT1 intensity transformer was used, so that it is not as easily saturated. It is also obvious that the assemblies shown in the drawings are intended to produce a single phase. The assemblies shown are repeated for each phase of alternating current to be produced.

Claims

1. A transistorized inverter intended to transform a direct current into one or more alternating current bases, characterized in that for the or each phase to be produced, a primary winding of an intensity transformer is in an output line of the undulated - their, the secondary winding of said transformer being in the control circuit of the base of an inverter transistor, said intensity transformer being capable of returning a certain proportion of the output current of inverter to the control circuit of the base of a transistor to supply the latter with control current.

2. Solid state inverter according to claim 1, characterized in that for the or each phase to be produced, it comprises first and second main transistors and in that the current transformer has a primary winding connected to the output line and a secondary winding for each of the first and second main transistors, each secondary winding delivering the control current from the base of the first or second main transistor associated therewith.

3. Solid state inverter according to claim 1 or 2, characterized in that a diode is associated with each secondary winding to prevent the circulation of a reverse current in the latter.

4. Solid state inverter according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a polarization winding which is wound around the core of the intensity transformer and which is connected to the terminals. a bar supplying the input of the inverter with direct current.

5. Solid state inverter according to any one of the preceding claims, characterized in that it includes a resistor intended to cause the application of an initial current alternately to the base of the first and second transistors when the inverter begins to operate.