MD1309Y - Invertor în punte - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la domeniul electrotehnicii, în special la invertoare executate pe bază de tranzistori.Invertorul în punte include o bornă de tensiune (U), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C1), la capătul de mijloc al unui transformator de putere (Tr), compus din două înfăşurări identice (W1, W2), şi la intrarea unei surse de alimentare (1), ieşirea căreia este conectată la intrările unui generator de impulsuri (2) şi ale unor drivere (3, 4), totodată ieşirile generatorului de impulsuri (2) sunt conectate, respectiv, la intrările driverilor (3, 4), o bornă de tensiune (2U), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C2) şi la drenele unor tranzistori cu efect de câmp (Q1, Q2), totodată capătul de jos al sursei de alimentare (1) este conectat la capătul de jos al generatorului de impulsuri (2), capetele de jos ale driverelor (3, 4), câte o ieşire a driverelor (3, 4), sursele unor tranzistori cu efect de câmp (Q3, Q4), polii negativi ai condensatoarelor (C1, C2) şi la o bornă comună (COM). Drena tranzistorului cu efect de câmp (Q3) este conectată la capătul înfăşurării (W2), o ieşire a driverului (4) şi la sursa tranzistorului cu efect de câmp (Q2), iar drena tranzistorului cu efect de câmp (Q4) este conectată la capătul înfăşurării (W1), o ieşire a driverului (3) şi la sursa tranzistorului cu efect de câmp (Q1). Totodată celelalte două ieşiri ale driverului (3) sunt conectate la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q1) şi, respectiv, la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q3), iar celelalte două ieşiri ale driverului (4) sunt conectate la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q2) şi, respectiv, la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q4).

Description

Invenţia se referă la domeniul electrotehnicii, în special la invertoare executate pe bază de tranzistori.

Este cunoscut un invertor în punte, care conţine o punte de tranzistori monofazaţi cu o punte de diode inversă, conectat în diagonala curentului continuu la o sursă de alimentare, iar în diagonala curentului alternativ prin intermediul transformatorului de putere la sarcină. Sistemul de dirijare cu invertorul se efectuează de la un modulator standard de impulsuri în doi timpi, doi comparatori de la ieşirea căruia dirijează două perechi de tranzistori, situaţi pe diagonală în punte. Paralel cu înfăşurarea primară a transformatorului de putere este conectat un lanţ R-C format dintr-un rezistor şi un condensator, uniţi consecutiv. Polii condensatorului, prin intermediul unui bloc de izolare galvanică, sunt conectaţi la un integrator de tensiune, ieşirea căruia prin lanţul de legătură inversă este conectată la o a treia intrare a unuia din comparatoare [1].

Dezavantajele acestui invertor constau în aceea că are o schemă complexă, cu multe noduri şi lanţuri R-C, ce duce la scăderea fiabilităţii lui, un randament mic şi un preţ mare de producere.

Cea mai apropiată soluţie este invertorul în punte cu tranzistor monofazat, care conţine un condensator unit consecutiv în circuitul înfăşurării primare a transformatorului de putere, o înfăşurare suplimentară pentru returnarea puterii reactive, conectată în diagonala curentului alternativ a punţii de diode inverse, iar între unul dintre polii punţii de diode inverse şi polul de tensiune corespunzător este conectată în direcţie directă faţă de puntea de diode inverse o cheie de transistori, borna de dirijare a căruia este conectată la schema logică “şi” în componenţa a două scheme cu optocuplu şi a divizorului de tensiune, totodată optodiodele din optocuplu sunt conectate consecutiv şi corespunzător una cu alta, iar prin intermediul unui nod comun cu un vârf al diagonalei de curent alternativ al podului, pinii lor prin rezistenţe limitatoare de curent sunt conectaţi în direcţie dreaptă la polii sursei de alimentare, totodată fotodiodele optocuplurilor sunt unite consecutiv şi direct, anodul uneia dintre care este conectat la intrarea cheii de tranzistori, iar catodul ceilalte fotodiode - la nodul comun al divizorului de tensiune, format din două rezistenţe conectate consecutiv, capetele cărora sunt conectate în paralel la cheia de transistori [2].

Dezavantajele acestui invertor constau în aceea că are o schemă complexă, care conţine o capacitate suplimentară, conectată consecutiv la transformatorul de putere cu o înfăşurare suplimentară.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în creşterea fiabilităţii şi simplificarea schemei invertorului.

Invertorul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include o bornă de tensiune, conectată la polul pozitiv al primului condensator, la capătul de mijloc al unui transformator de putere, compus din două înfăşurări identice, şi la intrarea unei surse de alimentare, ieşirea căreia este conectată la intrările unui generator de impulsuri şi ale unor drivere, totodată ieşirile generatorului de impulsuri sunt conectate, respectiv, la intrările driverilor, o bornă de tensiune, conectată la polul pozitiv celui de-al doilea condensator şi la drenele primului şi al doilea tranzistori cu efect de câmp, totodată capătul de jos al sursei de alimentare este conectat la capătul de jos al generatorului de impulsuri, capetele de jos ale driverelor trei şi patru, câte o ieşire a driverelor trei şi patru, sursele tranzistorilor cu efect de câmp trei şi patru, polii negativi ai condensatoarelor şi la o bornă comună, totodată drena celui de-al treilea tranzistor cu efect de câmp este conectată la capătul celei de-a doua înfăşurări, o ieşire a celui de-al patrulea driver şi la sursa celui de-al doilea tranzistor cu efect de câmp, iar drena celui de-al patrulea tranzistor cu efect de câmp este conectată la capătul primei înfăşurări, o ieşire a celui de-al treilea driver şi la sursa primului tranzistor cu efect de câmp, totodată celelalte două ieşiri ale celui de-al treilea driver sunt conectate la poarta primului tranzistor cu efect de câmp şi, respectiv, la poarta celui de-al treilea tranzistor cu efect de câmp, iar celelalte două ieşiri ale celui de-al patrulea driver sunt conectate la poarta celui de-al doilea tranzistor cu efect de câmp şi, respectiv, la poarta celui de-al patrulea tranzistor cu efect de câmp.

Rezultatul tehnic constă în mărirea fiabilităţii şi, respectiv, a randamentului invertorului şi dublarea tensiunii de ieşire datorită includerii în circuit a transformatorului de putere cu două înfăşurări identice, care în comun cu cel de-al treilea şi al patrulea tranzistori cu efect de câmp formează un invertor în două tacte, iar primul şi cel de-al doilea tranzistori cu efect de câmp se deschid sincron cu cel de-al treilea şi al patrulea tranzistori cu efect de câmp, respectiv, şi în aşa mod se folosesc ca detectori activi sincronizaţi.

Rezistenţa mică a canalului tranzistorilor cu efect de câmp, utilizaţi în puntea de putere, permit majorarea esenţială a randamentului, deoarece pe ei cade de 10…20 ori mai puţină tensiune, decăt pe diodele cu semiconductor, ce este esenţial pentru invertoarele cu tensiune de intrare mică. Totodată invertorul are o schemă mult mai simplă în comparaţie cu soluţiile apropiate, adică nu conţine înfăşurări şi chei suplimentare, ceea ce duce la creşterea fiabilităţii, atingându-se un randament de cel puţin 93% faţă de 75...85% în soluţiile cunoscute.

Invenţia se explică prin desenele din figură care reprezintă schema invertorului în punte.

Invertorul în punte include o bornă de tensiune U, conectată la polul pozitiv al unui condensator C1, la capătul de mijloc al unui transformator de putere Tr, compus din două înfăşurări identice W1, W2, şi la intrarea unei surse de alimentare 1, ieşirea căreia este conectată la intrările unui generator de impulsuri 2 şi ale unor drivere 3, 4, totodată ieşirile generatorului de impulsuri 2 sunt conectate, respectiv, la intrările driverilor 3, 4, o bornă de tensiune 2U, conectată la polul pozitiv al unui condensator C2 şi la drenele unor tranzistori cu efect de câmp Q1, Q2, totodată capătul de jos al sursei de alimentare 1 este conectat la capătul de jos al generatorului de impulsuri 2, capetele de jos ale driverelor 3, 4, câte o ieşire a driverelor 3, 4, sursele unor tranzistori cu efect de câmp Q3, Q4, polii negativi ai condensatoarelor C1, C2 şi la o bornă comună COM. Drena tranzistorului cu efect de câmp Q3 este conectată la capătul înfăşurării W2, o ieşire a driverului 4 şi la sursa tranzistorului cu efect de câmp Q2, drena tranzistorului cu efect de câmp Q4 este conectată la capătul înfăşurării W1, o ieşire a driverului 3 şi la sursa tranzistorului cu efect de câmp Q1. Totodată celelalte două ieşiri ale driverului 3 sunt conectate la poarta tranzistorului cu efect de câmp Q1 şi, respectiv, la poarta tranzistorului cu efect de câmp Q3, iar celelalte două ieşiri ale driverului 4 sunt conectate la poarta tranzistorului cu efect de câmp Q2 şi, respectiv, la poarta tranzistorului cu efect de câmp Q4.

Invertorul în punte funcţionează în modul următor.

La depunerea tensiunii de alimentare la borna de tensiune U2 şi, concometent la capătul de mijloc al transformatorului de putere Tr, ce conţine două înfăşurări identice W1 şi W2, şi la sursa de alimentare 1, care alimentează cu curent driverele 3 şi 4, în acelaşi timp la ieşirea generatorului 2 se formează două semnale simetrice cu faze diferite care sunt depuse la intrările driverelor 3 şi 4, ieşirile cărora sunt conectate corespunzător la porţile tranzistorilor cu efect de câmp Q1, Q2, Q3 şi Q4, drenele tranzistorilor cu efect de câmp Q1 şi Q2 sunt conectate la borna 2U, iar sursele tranzistorilor cu efect de câmp Q3 şi Q4 sunt conectate la borna COM, în acelaşi timp sursa tranzistorului cu efect de câmp Q1 este conectată la drena tranzistorului cu efect de câmp Q4 şi la un capăt al transformatorului de putere Tr, sursa tranzistorului cu efect de câmp Q2 este conectată la drena tranzistorului cu efect de câmp Q3 şi alt capăt al transformatorului de putere Tr, totodată tranzistorii cu efect de câmp Q1, Q2, Q3 şi Q4 împreună cu transformatorul de putere Tr formează schema unei punţi de putere, la care concomitent într-un semitact se deschid doi tranzistori de putere amplasaţi pe diagonală, şi în care la deschiderea tranzistorilor cu efect de câmp Q3 şi Q1 primul se foloseşte ca cheie de putere în invertorul în două tacte ce generează la depunerea tensiunii U curent în înfăşurarea W2 a transformatorului de putere Tr, iar al doilea se foloseşte ca redresor sincronizat al curentului generat în înfăşurarea W1 de tensiunea U, în acelaşi timp la deschiderea tranzistorilor cu efect de câmp Q4 şi Q2 primul se foloseşte în calitate de cheie de putere a invertorului în două tacte care generează curent în înfăşurarea W1 a transformatorului de putere Tr la depunerea tensiunii U, iar al doilea ca redresor sincronizat al curentului din înfăşurarea W2 a transformatorului de putere Tr, unde se generează tensiunea U, în aşa mod la borna 2U se formează tensiune dublă, unde condensatorul C1 integrează pulsaţiile de pe borna U, iar condensatorul C2 integrează tensiunea de la borna 2U.

În baza cercetărilor a fost elaborată o construcţie a acestui invertor. S-au făcut teste de laborator, în urma cărora s-a dovedit că la tensiunile de alimentare minime (10,5V) randamentul măsurat era de 93%, iar la tensiuni maxime (13,2V) randamentul a crescut până la 94%.

1. RU 2223590 C1 2004.02.10

2. RU 2216093 C1 2003.11.10

Claims (1)

1. Invertor în punte, care include o bornă de tensiune (U), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C1), la capătul de mijloc al unui transformator de putere (Tr), compus din două înfăşurări identice (W1, W2), şi la intrarea unei surse de alimentare (1), ieşirea căreia este conectată la intrările unui generator de impulsuri (2) şi ale unor drivere (3, 4), totodată ieşirile generatorului de impulsuri (2) sunt conectate, respectiv, la intrările driverilor (3, 4), o bornă de tensiune (2U), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C2) şi la drenele unor tranzistori cu efect de câmp (Q1, Q2), totodată capătul de jos al sursei de alimentare (1) este conectat la capătul de jos al generatorului de impulsuri (2), capetele de jos ale driverelor (3, 4), câte o ieşire a driverelor (3, 4), sursele unor tranzistori cu efect de câmp (Q3, Q4), polii negativi ai condensatoarelor (C1, C2) şi la o bornă comună (COM), totodată drena tranzistorului cu efect de câmp (Q3) este conectată la capătul înfăşurării (W2), o ieşire a driverului (4) şi la sursa tranzistorului cu efect de câmp (Q2), drena tranzistorului cu efect de câmp (Q4) este conectată la capătul înfăşurării (W1), o ieşire a driverului (3) şi la sursa tranzistorului cu efect de câmp (Q1), iar celelalte două ieşiri ale driverului (3) sunt conectate la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q1) şi, respectiv, la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q3), iar celelalte două ieşiri ale driverului (4) sunt conectate la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q2) şi, respectiv, la poarta tranzistorului cu efect de câmp (Q4).