MD1323Z8 - 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 de intrare (U), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C1), drenele unor tranzistori cu efect de câmp (Q1, Q2) 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 de ieşire (U/2), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C2), şi la capătul de mijloc al unui transformator de putere (Tr), compus din două înfăşurări identice (W1, W2), 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).

Description

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

Este cunoscut un invertor cu căderea tensiunii de ieşire, executat pe bază de un tranzistor cu efect de câmp cu canal şi comutator, ce conţine un pin al drenei şi un pin al sursei, totodată pinul drenei este conectat la borna tensiunii de ieşire, o diodă, anodul căreia este conectat la borna tensiunii de ieşire, un inductor prin intermediul căruia pinul drenei comutatorului şi sursei comutatorului sunt conectate la borna tensiunii de intrare, un inductor prin intermediul căruia anodul diodei este conectat cu borna tensiunii de referinţă, un transformator cu două înfăşurări, un controler de comutare, conectat la borna tensiunii de ieşire şi un comutator, configurat în aşa mod, încât să fie dirijat de pinul porţii tranzistorului cu efect de câmp, atunci când controlerul de comutare este configurat pentru dirijarea comutatorului, mai mult periodic, în aşa fel curentul să nu treacă de la ieşirea controlerului de comandă spre borna tensiunii de ieşire [1].

Dezavantajul acestui invertor constă în aceea că curentul de ieşire este mic, iar pentru funcţionarea corectă a cheii de putere se foloseşte un algoritm compus.

Cea mai apropiată soluţie este invertorul în punte cu două sensuri de tensiune, care conţine 3-K+5 chei, care reprezintă o diodă şi o cheie dirijată, fiind unite în paralel şi în diferite direcţii, şi condensatoare, folosite pentru o polaritate de tensiune. Structura acestui invertor cu două sensuri de tensiune constantă include în sine două chei, module-cheie suplimentare, trei chei suplimentare şi condensatoare. Modulele au câte patru chei, unite consecutiv cu aceiaşi pini, iar nodurile medii ale acestor module reprezintă ieşirea tensiunii joase. Fiecare dintre modulele are trei chei, unite consecutiv cu pinii contrari. Două dintre chei sunt unite câte una între primele noduri comune ale modulelor, numărate de la terminalul de tensiune joasă la stânga şi la dreapta. Modulele sunt unite în cascade simetric de la dreapta spre stânga. Condensatoarele sunt conectate câte unul între nodurile de conexiune a modulelor vecine şi între pinii externi ai modulelor externe. Unul din doi pini ai tensiunii înalte este unit la pinul corespunzător al modulului extern corespunzător şi direct, iar al doilea pin - prin a treiea cheie, unit prin intermediul catodului diodei la pinul pozitiv al tensiunii înalte, cu anodul diodei la pinul negativ al tensiunii înalte [2].

Dezavantajele acestui invertor constau în aceea că are o schemă complexă, cu multe noduri, module şi chei de putere, ce duce la scăderea fiabilităţii lui, un randament scăzut şi un preţ mare de producere.

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 de intrare, conectată la polul pozitiv al primului condensator, drenele primului şi al doilea tranzistori cu efect de câmp şi la intrarea unei surse de alimentare, ieşirea căreia este conectată la intrările unui generator de impulsuri şi ale unor drivere trei şi patru, totodată ieşirile generatorului de impulsuri sunt conectate, respectiv, la intrările driverilor trei şi patru, o bornă de tensiune de ieşire, conectată la polul pozitiv al celui de-al doilea condensator, şi la capătul de mijloc al unui transformator de putere, compus din două înfăşurări identice. 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, 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 reversiv datorită includerii în circuit a transformatorului de putere cu două înfăşurări identice, conectat în diagonala unei punţi de putere, fiind alcătuit din patru tranzistori cu efect de câmp. La depunerea tensiunii de alimentare la drenele tranzistorilor cu efect de câmp, aflate în partea de sus a punţii, tensiunea de impuls de la capătul de mijloc al transformatorului de putere, depusă la toată înfăşurarea transformatorului de putere se împarte la doi, potenţialul fiind permanent egal. 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 şi un randament de cel puţin 93% faţă de 75...85% în soluţiile cunoscute.

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

Invertorul în punte include o bornă de tensiune de intrare U, conectată la polul pozitiv al unui condensator C1, drenele unor tranzistori cu efect de câmp Q1, Q2 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 de ieşire U/2, conectată la polul pozitiv al unui condensator C2, şi la capătul de mijloc al unui transformator de putere Tr, compus din două înfăşurări identice W1, W2, 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.

Invertorul în punte funcţionează în modul următor.

La depunerea tensiunii de alimentare la borna de tensiune U şi, concomitent, la polul pozitiv al unui condensator C1, drenele unor tranzistori cu efect de câmp Q1, Q2 şi la intrarea unei surse de alimentare 1, atunci când borna COM este conectată la polul negativ al condensatorului C1 şi polul negativ al condensatorului C2, de asemenea la sursele tranzistorilor de putere Q3 şi Q4 şi la capetele de jos ale driverelor 3 şi 4, generatorului de impulsuri 2 şi a sursei de alimentare 1, iar ieşirea sursei de alimentare 1 este conectată la intrările driverelor 3 şi 4 şi ale generatorului de impulsuri 2, care are două ieşiri din care prima este conectată la intrarea driverului 3, iar a doua la intrarea driverului 4, iar două ieşiri ale driverului 3 sunt conectate la porţile tranzistorilor cu efect de camp Q1 şi Q3, iar alte două ieşiri ale driverului 4 sunt conectate la porţile tranzistorilor cu efect de câmp Q2 şi Q4, în acelaşi timp sursa tranzistorului cu efect de câmp Q1 este conectată cu drena tranzistorului cu efect de câmp Q4 şi la înfăşurarea W1 a transformatorului de putere Tr, iar sursa tranzistorului cu efect de câmp Q2 este conectată la drena tranzistorului cu efect de câmp Q3 şi înfăşurarea W2 a transformatorului de putere Tr, la care capătul de mijloc este conectat la polul pozitiv al condensatorului C2, care integrează impulsurile de tensiune ce se aplică la borna U/2, totodată la funcţionarea punţii pe tranzistori cu efect de câmp Q1, Q2, Q3 şi Q4, pe capătul de mijloc al transformatorului de putere Tr în fiecare tact de lucru se formează o tensiune practic constantă, egală cu jumătate de tensiune generată pe tot transformatorul format din înfăşurările W1 şi W2, care sunt egale şi, ca rezultat, tensiunea de ieşire este egală cu jumătate din tensiunea de intrare, care, apoi integrată pe condensatorul C2 se depune la borna de ieşire U/2.

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 (10,5 V) randamentul măsurat era de 93%, iar la tensiuni maxime (13,2 V) randamentul a crescut până la 94%.

1. RU 2638021 C2 2017.12.11

2. RU 2394344 C1 2010.07.10

Claims (1)

1. Invertor în punte, care include o bornă de tensiune de intrare (U), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C1), drenele unor tranzistori cu efect de câmp (Q1, Q2) 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 de ieşire (U/2), conectată la polul pozitiv al unui condensator (C2), şi la capătul de mijloc al unui transformator de putere (Tr), compus din două înfăşurări identice (W1, W2), 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).