FR2522218A1 - Transistor power oscillator for inductive heating - has capacitive divider or low impedance transformer, emitter resistors and excitation current control - Google Patents

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Abstract

The transistor power oscillator has four transistors (TA1,TA2,T'A1,T'A2) having resistors (R1,R2,R3,R4) in series with their emitters. The alternating base voltage which maintains the oscillation is obtained with a capacitive divider (C3,C4,C5,C'3,C'4,C'5). The same fraction at total energy is obtained from each transistor. The capacitor (C3) supplies reactive power to the adapting transformer (T2) to which is connected the inductor (L3). Transformers may be used in place of the capacitive divider. For inductive heating applications it is necessary to adjust the excitation current as a function of charge. This is achieved by a transistor used as a variable resistor and through the continuous current of the base of the driven transistors. A continuous current source permits the automatic starting of the oscillator as well as lowering the apparent resistance of the excitation current control transistor.

Description

.La pr..e'sente invention a pour objet un oscillateur de puissance à transistors principalement destiné au chauffage inductif, et susceptible d'admettre,sans inconvénients une importante variation de charge. .The present invention relates to a power oscillator with transistors mainly intended for inductive heating, and capable of admitting, without drawbacks, a large variation in load.

L'utilisation de transistors pour la constitution d'oscillateurs de pui.ssanc dans les limites de un à plusieurs centaines de kilo watt,s,, se. heurte aux prob.lèmes suivants
-necessité d'ut il iser simultanément un grand nombre de transistors compte tenu de la faible puissance élémentaire de chacun d'eux.The use of transistors for the constitution of pui.ssanc oscillators within the limits of one to several hundred kilo watt, s ,, se. encountered the following problems
-necessity of ut it simultaneously isolate a large number of transistors taking into account the low elementary power of each of them.

-nécessité d'utiliser un dispositif de régulation du courant d'entretien de l'oscillateur, dit courant d'excitation, de façon à ce que ce dernier varie d'une façon proportionnelle à la puissance délivrée par I 'osci I lateur.  -necessity to use a device for regulating the maintenance current of the oscillator, called the excitation current, so that the latter varies in a manner proportional to the power delivered by the oscillator.

-compte tenu des caractéristiques des trans.istors qui admettent un courant nul en l'absence de courant de base, nécessité de prévoir un dispositif de mise en service automatique de I ltoscil- I- lateur dès l'application de la tension d'alimentation. - taking into account the characteristics of the trans.istors which admit a zero current in the absence of basic current, need to provide a device for automatic commissioning of the ltoscil- I- lator as soon as the supply voltage is applied .

Les caractéristiques des transistors actuellement disponibles sur le marché permettent la production de puissance de l'ordre de quelques centaines de watts par transistor. La fabrication de transistors plus importants pose le problème de vitesse de commutation, et si l'on souhaite réaliser des oscillateurs susceptibles de fonctionner dans une gamme d.e,fréquences utilisée dans la pratique (10, 200 KHz), on est amené à utiliser des éléments de faible puissance unitaire, et à regrouper de te.ls éléments en quantité importante. The characteristics of the transistors currently available on the market allow the production of power of the order of a few hundred watts per transistor. The manufacture of larger transistors poses the problem of switching speed, and if it is desired to produce oscillators capable of operating in a range of frequencies used in practice (10, 200 KHz), it is necessary to use elements of low unit power, and to group together te.ls elements in large quantities.

La d'fficulté d'arriver à une répartition convenable de puissance est d deux ordres
-d'une part, une dispersion dans les caractéristiques des transistors.The difficulty of arriving at a suitable distribution of power is twofold
on the one hand, a dispersion in the characteristics of the transistors.

-d'autre part, la faible importance de l'impédance émetteurbase. -on the other hand, the low importance of the transmitter-base impedance.

Ces deux problèmes sont résolus selon l'invention
-pour le premier, par l'utilisation d'une résistance en série dans l'émetteur.These two problems are solved according to the invention
-for the first, by the use of a resistor in series in the transmitter.

-le deuxième, par l'utilisation d'un diviseur capacitif dont les éléments ont une faible impédance comparée à l'impédance collecteur-base du transistor utilisé.  the second, by the use of a capacitive divider whose elements have a low impedance compared to the collector-base impedance of the transistor used.

La figure 1 représente un tel-osciliateur dans lequel les 4 transistors TA1, TA2, T'A1, T'A2 comportent en série dans l'émet- teur, les résistances R1, R2, R3, R4.- La tension alternative de base destinée à l'entretien de l'oscillation, est obtenue'par les condensateurs C3, C4, C5, C'3, C'4, C"5; Le condensateur C1 fournit la puissance réactive au transformateur d'adaptation T3'auquel est connecté l'inducteur L3. Les selfs L1 et L2 permettent l'alimentation en;courant continu de la base des transistors TA1 et T'A1.Le courant d'excitation est contrôlé par la résistance variable R5 découplée par le condensateur C2, I'ensemble de ce montage étant alimenté par la source de tension continue S1. FIG. 1 represents such an oscillator in which the 4 transistors TA1, TA2, T'A1, T'A2 comprise in series in the transmitter, the resistors R1, R2, R3, R4.- The basic alternating voltage intended for maintenance of the oscillation, is obtained by capacitors C3, C4, C5, C'3, C'4, C "5; Capacitor C1 supplies reactive power to the matching transformer T3 'which is connected the inductor L3. The inductors L1 and L2 allow the supply of; direct current from the base of the transistors TA1 and T'A1.The excitation current is controlled by the variable resistor R5 decoupled by the capacitor C2, I ' this whole assembly being supplied by the DC voltage source S1.

En variante, il est possible d'utiliser des transformateurs à la place du diviseur capacitif. Cette solution a cependant l'inconvénient d'être plus onéreuse, et de nécessiter l'utilisation de transformateurs à couplage-élevé.  As a variant, it is possible to use transformers in place of the capacitive divider. This solution however has the disadvantage of being more expensive, and of requiring the use of high-coupling transformers.

La figure 2 représente un tel oscillateur dans lequel le diviseur capacitif a été remplacé par le transformateur d'excitation
T1.FIG. 2 represents such an oscillator in which the capacitive divider has been replaced by the excitation transformer
T1.

Un oscillateur destiné aux applications du chauffage inductif, est dans la pratique, amené à recevoir d'une façon non prévisible, une charge qui peut varier dans des proportions importantes, 1 à 10 étant un rapport fréquemment rencontré. An oscillator intended for the applications of inductive heating, is in practice, led to receive in an unforeseeable way, a load which can vary in important proportions, 1 to 10 being a frequently encountered ratio.

II est alors nécessaire de prévoir un dispositif susceptible de permettre l'ajustage soit manuel, soit autOmatique du courant d'excitation en fonction de la charge. It is then necessary to provide a device capable of allowing either manual or automatic adjustment of the excitation current as a function of the load.

L'absence d'un tel dispositif aurait pour conséquence, soit l'obligation d'utiliser le transistor à une très faible fraction de sa puissance, soit le risque de destruct-ibn do transistor par excès de courant d'excitation. The absence of such a device would result in either the obligation to use the transistor at a very small fraction of its power, or the risk of destruct-ibn do transistor by excess excitation current.

L'objet de la présente invention a pour effet dajuster -automa- tiquement le courant d'excitation à la valeur correcte, en fonction de la charge. The object of the present invention has the effect of automatically adjusting the excitation current to the correct value, as a function of the load.

Elle consiste à mesurer à l'aide d'un amplificateur différentiel, la différence qui existe entre la tension continue appliquée à l'oscillateur, et la tension alternative de crete délivrée par le dit oscillateur. It consists in measuring, using a differential amplifier, the difference which exists between the DC voltage applied to the oscillator, and the peak AC voltage delivered by said oscillator.

Cette dernière valeur varie en pratique entre la valeur exacte de la tension continue en l'absence de charge, et 90 à 95% de cette valeur selon l'importance de la charge.  This latter value varies in practice between the exact value of the DC voltage in the absence of charge, and 90 to 95% of this value depending on the importance of the charge.

On dispose en série avec les bases des transistors, une résistance variable constituée avantageusement par un transistor, résistance dont la valeur est commandée de façon à maintenir constant l'écart qui existe entre la tension continue et la tension de crête délivrée par l'oscillateur-
Dans le but d'obtenir le démarrage automatique de l'oscillateur, ainsi que pour abaisser l'impédance apparente du transistor utilisé comme résistance variable en série avec les bases des transistors de puissance, on disposera en série avec ce dernier, une source de tension continue dont la polarité sera telle qu'elle amènera les transistors de puissance à un état de conduction.There is in series with the bases of the transistors, a variable resistor advantageously constituted by a transistor, resistor whose value is controlled so as to keep constant the difference which exists between the DC voltage and the peak voltage delivered by the oscillator-
In order to obtain automatic start of the oscillator, as well as to lower the apparent impedance of the transistor used as a variable resistor in series with the bases of the power transistors, a voltage source will be arranged in series with the latter. continuous whose polarity will be such that it will bring the power transistors to a conduction state.

Un exemple de réalisation d'un tel oscillateur sera décrit en se référant au schéma annexé planche 2, figure 3, dans lequel la tension alternative de base destinée à l'entretien de ltoscillateur, est fournie par le transformateur T1. La résistance de base selon l'invention, est constituée par un transistor T6 en série avec une source de polarisation S2 destinée à obtenir un courant en l'absence de signal dans le transistor TA. Le transistor T6 constituant une résistance variable de base selon l'invention, est commandé par un amplificateur différentiel qui compare la tension d'alimentation continue de la source S1 à la tension alternative fournie par l'oscillateur, redressée et filtrée.Lorsque la tension alternative de crête se rapproche de la tension continue de la source S1, I'amplificateur différentiel fournira une tension tel le que le transistor T6 verra sa résistance augmenter. An exemplary embodiment of such an oscillator will be described with reference to the appended diagram plate 2, FIG. 3, in which the basic alternating voltage intended for the maintenance of the oscillator is supplied by the transformer T1. The basic resistor according to the invention consists of a transistor T6 in series with a bias source S2 intended to obtain a current in the absence of a signal in the transistor TA. The transistor T6 constituting a basic variable resistance according to the invention, is controlled by a differential amplifier which compares the DC supply voltage of the source S1 with the alternating voltage supplied by the oscillator, rectified and filtered. peak approaches the DC voltage of the source S1, the differential amplifier will provide a voltage such that the transistor T6 will see its resistance increase.

En variante, il est possible de commander le transistor de régulation de courant de base, en fonction du courant continu d'alimentation des transistors de'puissance. As a variant, it is possible to control the base current regulation transistor, as a function of the direct current supplying the power transistors.

Une tel le réalisation est représentée dans la figure 4 dans laquelle le signal permettant la variation de la résistance émetteurcollecteur du transistor T6, est commandé par la tension prélevée aux bornes d'un shunt disposé en série dans l'alimentation continue du transistor de puissance TA. Le courant circulant dans ce shunt est proportionnel pour une tension d'alimentation donnée, à la puissance fournie par ltoscillateur. I I suffira par conséquent, d'amener sur le transistor de commande du courant d'excitation TB, un signal tel que la résistance de celui-ci augmente d'une façon inversément proportionnelle au courant circulant dans le shunt. Such an embodiment is represented in FIG. 4 in which the signal allowing the variation of the emitter-collector resistance of the transistor T6, is controlled by the voltage taken from the terminals of a shunt arranged in series in the continuous supply of the power transistor TA . The current flowing in this shunt is proportional for a given supply voltage, to the power supplied by the oscillator. I I will therefore suffice, to bring to the control transistor of the excitation current TB, a signal such that the resistance of the latter increases in a manner inversely proportional to the current flowing in the shunt.

II est bien évident que l'invention n'est nullement limitée à ces exemples.  It is obvious that the invention is in no way limited to these examples.

Claims (1)

REVENDICATIONS l)Oscillateur de puissance à transistors caractérisé en ce qu'il comporte un diviseur capactitif (fig 1-C3-C4-C5-C'3-C'4-C'5) associé à l'introduction d'une résistance d'émetteur (fig 1-R2-R4) de façon à obtenir de chaque transistor une même fraction de l'énergie totale. l) Power oscillator with transistors characterized in that it comprises a capacitive divider (fig 1-C3-C4-C5-C'3-C'4-C'5) associated with the introduction of a resistance of emitter (fig 1-R2-R4) so as to obtain from each transistor the same fraction of the total energy. 2)Oscillateur de puissance à transistors, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des transformateurs à basse impédance (fig 2-T1) associés à l'introduction d'une résistance d'émetteur (fig 2 2) power oscillator with transistors, according to claim 1, characterized in that it comprises transformers with low impedance (fig 2-T1) associated with the introduction of an emitter resistance (fig 2 R2-R4) de façon à obtenir de chaque transistor une même fraction de l'énergie totale.R2-R4) so as to obtain from each transistor the same fraction of the total energy. 3)0scillateur de puissance à transistors, selon revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de commande du courant d'excitation est constitué par un transistor (fig 3-Tb) utilisé comme une résistance variable, et parcouru par le courant continu de base des transistors commandés. 3) power oscillator with transistors, according to claims 1 or 2, characterized in that the means for controlling the excitation current consists of a transistor (fig 3-Tb) used as a variable resistor, and traversed by the direct current basic of the controlled transistors. 4)Oscillateur de puissance à transistors, selon revendication 3, caractérisé par la présence en série dans le transistor de commande du courant d'excitation, d'une source de courant continu (fig 3-S2) destinée à permettre le démarrage automatique de l'oscillateur, ainsi qu 'a abaisser la résistance apparente du transistor de commande de l'excitation. 4) power oscillator with transistors, according to claim 3, characterized by the presence in series in the control transistor of the excitation current, of a source of direct current (fig 3-S2) intended to allow the automatic starting of l oscillator, as well as lowering the apparent resistance of the excitation control transistor. 5)0scillateur de puissance à transistors, selon revendication 3, caractérisé en ce que le transistor de commande (fig 3-Tb) du courant d'excitation reçoit un signal d'un amplificateur différentiel (fig 3-DIF) comparant la tension d'alimentation continue de l'oscillateur à la tension alternative produite par le dit oscillateur. 5) power transistor oscillator, according to claim 3, characterized in that the control transistor (fig 3-Tb) of the excitation current receives a signal from a differential amplifier (fig 3-DIF) comparing the voltage of continuous supply of the oscillator at the alternating voltage produced by said oscillator. 6)0scillateur de puissance à transistors, selon revendication 3, caractérisé en ce que le transistor de commande (fig 3-Tb) du courant d'excitation reçoit un signal proportionnel au courant d'alimentation continu de l'oscillateur.  6) A power transistor transistor, according to claim 3, characterized in that the control transistor (fig 3-Tb) of the excitation current receives a signal proportional to the continuous supply current of the oscillator.
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