RU2007830C1

RU2007830C1 - Self-excited half-bridge inverter

Info

Publication number: RU2007830C1
Authority: RU
Inventors: А.К. Сенкевич; А.Ф. Алешин
Original assignee: Научно-производственное объединение "Композит"
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device has input voltage scaling circuit having two capacitors 1, 2, two transistors 3, 4, power transformer 5 and switching transformer 6. Secondary windings 7, 8 are connected to between bases and emitters of transistors. Primary winding 9 of switch transformer 6 is connected through first resistor to tap of primary winding 11 of power transformer 5 which is connected across diagonally opposite pair of junctions of inverters through second resistor. EFFECT: simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания. The invention relates to a conversion technique and can be used in secondary power sources.

Известен автогенераторный полумостовой инвертор, в котором в цепь положительной обратной связи (ПОС) между силовым трансформатором и базовыми цепями транзисторов включен маломощный переключающий трансформатор, причем его первичная обмотка подключена к дополнительной обмотке силового трансформатора через токоограничивающий резистор [1] . A self-oscillating half-bridge inverter is known in which a low-power switching transformer is connected to the positive feedback circuit (POS) between the power transformer and the base circuits of the transistors, and its primary winding is connected to the additional winding of the power transformer via a current-limiting resistor [1].

Момент переключения транзисторов в таком инверторе определяется моментом насыщения маломощного трансформатора. Если приведенный ток нагрузки превышает расчетный ток коллектора, то условие автогенерации нарушается и колебания в схеме не возникают. Это свойство обеспечивает высокую функциональную надежность инвертора при коротких замыканиях нагрузки. The moment of switching transistors in such an inverter is determined by the saturation moment of a low-power transformer. If the reduced load current exceeds the calculated collector current, then the self-generation condition is violated and oscillations in the circuit do not occur. This property provides high functional reliability of the inverter during short circuit loads.

Главными недостатками данной схемы являются прямая зависимость частоты преобразования от напряжения питания и малый КПД, обусловленный большими потерями на управление. The main disadvantages of this scheme are the direct dependence of the conversion frequency on the supply voltage and low efficiency due to large control losses.

Наиболее близким по технической сущности является автогенераторный полумостовой инвертор, содержащий делитель входного напряжения на двух последовательно соединенных конденсаторах, два последовательно соединенных транзистора, силовой трансформатор и переключающий трансформатор, вторичные обмотки которого подключены между базами и эмиттерами транзисторов, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и включены в диагональ переменного тока инвертора, а дополнительные обмотки трансформаторов соединены параллельно через резистор [2] . The closest in technical essence is a self-generating half-bridge inverter containing an input voltage divider on two series-connected capacitors, two series-connected transistors, a power transformer and a switching transformer, the secondary windings of which are connected between the bases and emitters of the transistors, while the primary windings of the transformers are connected in series and included into the diagonal of the AC inverter, and the additional windings of the transformers are connected to Allelic through resistor [2].

Инвертор имеет два контура ПОС: один - по уровню приведенного тока нагрузки через первичные обмотки трансформаторов, другой - по уровню напряжения на дополнительных обмотках трансформаторов. Цепь ПОС по току обеспечивает уменьшение потерь мощности в цепях управления транзисторов, цепь ПОС по напряжению дает возможность реализовывать автоматически изменяемую задержку открывания очередного транзистора и автоматическое симметрирование режима перемагничивания магнитопровода силового трансформатора. The inverter has two PIC circuits: one according to the level of the reduced load current through the primary windings of the transformers, the other according to the voltage level on the additional transformer windings. The PIC circuit for current provides a reduction in power losses in the control circuits of transistors, the PIC circuit for voltage makes it possible to realize an automatically variable delay time for opening another transistor and automatic balancing of the magnetization reversal mode of the power transformer magnetic circuit.

В данной схеме имеет место пропорционально токовое управление транзисторами, когда ток базы открытого транзистора пропорционален току коллектора, это обусловливает ее основной недостаток - низкую функциональную надежность при перегрузках. In this circuit, the current control of transistors takes place proportionally, when the base current of the open transistor is proportional to the collector current, this causes its main drawback - low functional reliability during overloads.

Цель изобретения - повышение функциональной надежности за счет автоматического регулирования уровней обратной связи и упрощения схемы. The purpose of the invention is to increase functional reliability by automatically adjusting feedback levels and simplifying the circuit.

Поставленная цель достигается тем, что в инверторе, содержащем делитель входного напряжения на двух последовательно соединенных конденсаторах, два последовательно соединенных транзистора, силовой трансформатор и переключающий трансформатор, вторичные обмотки которого подключены между базами и эмиттерами транзисторов, первичная обмотка переключающего трансформатора подключена через первый резистор к отводу первичной обмотки силового трансформатора, включенной в диагональ переменного тока инвертора через второй резистор. This goal is achieved by the fact that in an inverter containing an input voltage divider on two series-connected capacitors, two series-connected transistors, a power transformer and a switching transformer, the secondary windings of which are connected between the bases and emitters of the transistors, the primary winding of the switching transformer is connected to the tap through the first resistor the primary winding of the power transformer included in the diagonal of the alternating current of the inverter through the second resistor.

Как и прототип [2] , заявляемый инвертор имеет два контура обратной связи (ОС): один - по уровню приведенного тока нагрузки через первичные обмотки трансформаторов, другой - по уровню напряжения на обмотках трансформаторов, причем, в отличие от прототипа, без применения дополнительных обмоток. Like the prototype [2], the claimed inverter has two feedback loops (OS): one according to the level of the reduced load current through the primary windings of the transformers, the other according to the voltage level on the windings of the transformers, and, unlike the prototype, without additional windings .

Сущность автоматического регулирования уровней обратной связи состоит в том, что ОС по напряжению в зависимости от тока нагрузки изменяется по знаку и амплитуде. На малых нагрузках она положительна, на расчетной нагрузке она равна нулю, а при перегрузках она отрицательна. Благодаря этому суммарная ОС при перегрузках также отрицательна, что и обеспечивает достижение поставленной цели. The essence of automatic regulation of feedback levels is that the OS voltage varies depending on the load current in sign and amplitude. At small loads, it is positive, at rated load it is zero, and at overloads it is negative. Due to this, the total OS during overloads is also negative, which ensures the achievement of the goal.

Проведенный анализ существенных признаков предложенного технического решения по источникам научно-технической и патентной информации (см. прилагаемую справку) показал, что данное предложение соответствует критерию "существенные отличия". The analysis of the essential features of the proposed technical solution according to the sources of scientific, technical and patent information (see the attached certificate) showed that this proposal meets the criterion of "significant differences".

На чертеже представлена принципиальная схема инвертора. The drawing shows a schematic diagram of an inverter.

Инвертор содержит делитель входного напряжения на конденсаторах 1, 2, два транзистора 3, 4, силовой трансформатор 5, переключающий трансформатор 6, вторичные обмотки 7, 8 которого подключены между базами и эмиттерами транзисторов 3, 4. Первичная обмотка 9 переключающего трансформатора 6 подключена через резистор R₁ к отводу (обмотке) 10 первичной обмотки 11 силового трансформатора 5, включенной в диагональ переменного тока инвертора через резистор R₂. 12 - вторичная обмотка силового трансформатора.The inverter contains an input voltage divider for capacitors 1, 2, two transistors 3, 4, a power transformer 5, a switching transformer 6, secondary windings 7, 8 of which are connected between the bases and emitters of transistors 3, 4. The primary winding 9 of the switching transformer 6 is connected through a resistor R ₁ to the tap (winding) 10 of the primary winding 11 of the power transformer 5, included in the diagonal of the alternating current of the inverter through the resistor R ₂ . 12 - secondary winding of the power transformer.

Для пояснения работы и расчета инвертора используем зависимость тока I_т в первичной обмотке 9 переключающего трансформатора 6 от тока I_н в первичной обмотке 11 силового трансформатора 5 (с точностью до токов намагничивания трансформаторов)
I_т = I_н + (V_o - V_т - R₁ ˙ I_н)/(R₁ + R₂), где V_o и V_т - напряжения на обмотках 10 и 9, соответственно.To explain the operation and calculation of the inverter, we use the dependence of the current I _t in the primary winding 9 of the switching transformer 6 on the current I _n in the primary winding 11 of the power transformer 5 (accurate to the magnetization currents of the transformers)
I _t = I _n + (V _o - V _t - R ₁ ˙ I _n ) / (R ₁ + R ₂ ), where V _o and V _t are the voltage across the windings 10 and 9, respectively.

Заметим, что возможны два режима предельных уровней ОС:
R₂ = 0. В этом случае уровни ОС соответствуют схеме [1] .Note that there are two possible modes of OS limit levels:
R ₂ = 0. In this case, the OS levels correspond to the scheme [1].

R₁ = 0. Получаем уровни ОС, соответствующие схеме [2] .R ₁ = 0. We obtain the OS levels corresponding to the scheme [2].

Выбираем транзисторы 2T812 с h_21э = 4 и U_БЭнас = 1,6В.We select 2T812 transistors with h _21e = 4 and U _Benas = 1.6V.

Принимаем отношение чисел витков базовых w_Б и первичной w_Т обмоток переключающего трансформатора
w_Б / w_T = h_21э = 4.We take the ratio of the number of turns of the base w _B and primary w _T windings of a switching transformer
w _B / w _T = h _21e = 4.

При таком отношении чисел витков условие автогенерации имеет следующий вид:
I_т > или = I_н.With this ratio of the number of turns, the auto-generation condition has the following form:
I _t > or = I _n

Вычисляем напряжение V_т = U_БЭнас x x w_T / w_Б = 1,6/4 = 0,4В.We calculate the voltage V _t = U _BEnas xxw _T / w _B = 1.6 / 4 = 0.4V.

Выбираем: V_o = 4,4 В, R₁ = 4 Ом, R₂ = = 1 Ом.Choose: V _o = 4.4 V, R ₁ = 4 Ohms, R ₂ = = 1 Ohms.

Условие I_т = I_н выполняется, когда ток I_н достигнет значения
I_н = (V_o - V_т)/R₁ = (4,4 - 0,4)/4 = 1 А.The condition I _t = I _n is satisfied when the current I _n reaches a value
I _n = (V _o - V _t ) / R ₁ = (4.4 - 0.4) / 4 = 1 A.

Если напряжение питания составляет 300 В, то условие автогенерации соблюдается до мощности в нагрузке 150 Вт. If the supply voltage is 300 V, then the self-generation condition is met up to a power load of 150 watts.

Если приведенный ток нагрузки I_н значительно превышает расчетное значение 1 А, то условие автогенерации нарушается и колебания в схеме не возникают. Например, положим I_н = 5 А, тогда получаем I_т = 1,8 А, т. е. условие автогенерации не соблюдается и, таким образом, обеспечивается высокая функциональная надежность инвертора при коротких замыканиях нагрузки.If the reduced load current I _n significantly exceeds the calculated value of 1 A, then the condition for self-generation is violated and oscillations in the circuit do not occur. For example, put I _n = 5 A, then we get I _t = 1.8 A, i.e., the auto-generation condition is not met and, thus, the high functional reliability of the inverter during short circuit loads is ensured.

Указанные преимущества заявляемого инвертора подтверждены при использовании его в качестве источника питания макетов электронных схем в процессе их наладки, когда часто происходят перегрузки и короткие замыкания. The indicated advantages of the claimed inverter are confirmed when using it as a power source for electronic circuit mock-ups in the process of their adjustment, when overloads and short circuits often occur.

При использовании в качестве источника питания инвертора [2] часто имели место выходы из строя как дорогостоящих транзисторов самого инвертора, так и еще более дорогостоящих элементов макетируемых схем. When using an inverter as a power source [2], often there were failures of both expensive transistors of the inverter itself and even more expensive elements of prototyped circuits.

Высокая функциональная надежность инвертора при коротких замыканиях нагрузки позволила решить проблему выхода из строя дорогостоящих элементов. (56) 1. Ромаш Э. М. , Драбович Ю. И. , Юрченко Н. Н. , Шевченко П. Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М. , Радио и связь, 1988, с. 103, рис. 4.9в. High functional reliability of the inverter during short circuit loads allowed to solve the problem of failure of expensive elements. (56) 1. Romash E.M., Drabovich Yu. I., Yurchenko N.N., Shevchenko P.N. High-frequency transistor converters. M., Radio and Communications, 1988, p. 103, fig. 4.9c.

2. Ромаш Э. М. , Драбович Ю. И. , Юрченко Н. Н. , Шевченко П. Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М. , Радио и связь, 1988, стр. 243, рис. 6.33. 2. Romash E. M., Drabovich Yu. I., Yurchenko N. N., Shevchenko P. N. High-frequency transistor converters. M., Radio and Communications, 1988, p. 243, Fig. 6.33.

Claims

AUTO-GENERATOR HALF-BRIDGE INVERTER, comprising an input voltage divider on two series-connected capacitors, two series-connected transistors, a power transformer and a switching transformer, the secondary windings of which are connected between the bases and emitters of the transistors, characterized in that the primary winding of the switching transformer is connected through the first resistor to the tap of the primary windings of a power transformer included in the diagonal of the inverter alternating current through a second resistor op.