SU1396225A2 - Инвертор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной электротехнике. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение надежности путем обеспечени  регулировки выходной величины . Преобразователь содержит транзисторные ключи 1-4, силовой трансформатор 5 и дроссель насыщени  (ДН) 6 с совме- ш,енными обмотками, линейный дроссель 7 и коммутируюший конденсатор 8, нуль-синхронизатор 11. Блок управлени  12 содержит задающий генератор 13 и оконечный каскад распределени  управл ющих импульсов 14, импульсное устройство 15 управлени , датчик напр жени  16, блокирующий диод 17. В преобразователе происходит обратна  зависимость между величиной входного сигнала и шириной выходного импульса напр жени  устройства 15, при этом ток управлени  ДН 6 уменьщаетс . Выполнение ДН 6 импульсно-управл емым ограничивает ток дроссел , уменьшает выдел емую мощность и обеспечивает регулирование выходных характеристик. 2 ил.

Description

фффф а5 8z

СЛ

со со

05 ГчЭ

го

СЛ

N)

ФигЛ

Изобретение относитс  к улектротехиике и может быть использовано в устройствах вторичного электропитани  радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей инвертора и повышает его надежности путем обеспечени  регулировки выходной величины и ограничени  тока перегрузки.

На фиг. 1 приведена схема инвертора;

го транзисторного усилител  с трансформаторным выходом.

И1мпульсное устройство 15 управлени  содер.жит низковольтный источник питани , полупроводниковый многокаскадный усилитель , транзисторы выходного каскада которого работают в классе «Д с широтно- импульсным регулированием выходных одно- пол рных импульсов напр жени  в зависимости от величинь выходного напр жени 

на фиг. 2 - временные диаграммы то- 10 трансформатора 5. Частота работы устройст- ков и напр жений.ва 15 управлени  равна или кратна выИнвертор (фиг. 1) содержит силовые ходной частоте инвертора и синхронизирована с тора 1

транзисторные ключи 1-4, соединенные по мостовой схеме, цепь из последовательно соединенных первичной обмотки силового

ним с помощью нуль-синхронизаДатчик 16 напр жени  (эффективного

трансформатора 5 и нелинейного дроссел  6 или среднего значени ) может быть построен

с совмеп 1,енными обмотками, линейный дроссель 7 и коммутирующий конденсатор 8, подключенные параллельно цепи из элементов 5 и 6, инвертор подключен к перпо известной схеме выпр мительный мост - функциональный преобразователь - фильтр- резистивный делитель.

Инвертор (фиг. 1) работает следующим вичному источнику 9 нитани , на выходе 20 образом.

инвертора включена нагрузка 10. Инвер-При включении инвертора предположим,

тор содержит также нуль-синхронизатор 11,что устройство 15 управлени  вык тючено.

I входом подсоединенный к вторичной обмотке Ток управлени  через совмещенные обмотки i линейного дроссел  7, первым выходом - к нелинейного дроссел  6 равен нулю. Магни- : входу блока 12 управлени , состо щего из топроводы размагничены, и дроссель 6 име- задающего генератора 13 и оконечного кас- ет максимальное индуктивное сопротивление, : када 14 усилени  и распределени  сигна-так что напр жение выходной диагонали

I лов управлени  транзисторными ключами 1-4, импульсное устройство 15 управлени , подключенное первым входом к второму выходу нуль-синхронизатора 11, а вторым входом - к выходу датчика 16 напр же- ни , подсоединенного к выходной обмотке трансформатора 5, блокирующий диод 17, катодом подключенный к плюсовой клемме устройства 15 и к первой управл ющей клемме нелинейного дроссел  6, а ано- , ни  под воздействием нуль-синхронизатора дом - к минусовой клемме устройства11 и датчика 16 на цепь управлени 

15 и к второй управл ющей клемме дрос-дроссел  6 подаютс  импульсы напр жени 

определенной длительности, синхронизированные с моментом окончани  перезар дки

моста ключей 1-4 падает на обмотках дроссел  6. Инвертор работает в режиме холостого хода, поскольку напр жение на первичной обмотке трансформатора 5 равно нулю (ток намагничивани  дроссел  6 несоизмеримо мал по сравнению с приведенным к первичной обмотке трансформатора 5 током нагрузки).

При включении устройства 15 управлеконденсатора 8 (фиг. 2 д, е, ж, при t

сел  6.

Нелинейный дроссель 6 (фиг. 1) выполнен на двух магнитопроводах, на каждом из которых размещены по две оди- 40 1з), когда ток через первичную обмотку наковые по числу витков обмотки, соеди- трансформатора 5 и дроссел  6 практически равен нулю. Через обмотки дроссел  6 протекает ток управлени , среднее

ненные между собой в параллельную цепь из двух ветвей с перекрестным последовательно-встречным соединением обзначение которого представлено на фиг. 2 е моток, расположенных на разных магни-пунктиром, а форма переменной составл ю - - щей этого тока изображена сплощной линией . При этом составл юща  тока управлени , потребл ема  от устройства 15, характеризуетс  заштрихованным участком кривой, а незащтрихованна  область в течение периода характеризует ток, протекающий через блокирующий диод 17.

Допустим, что в исходном состо нии до момента на управл ющие входы а, г ключей 1 и 4 (фиг. 1) подаютс  управл ющие импульсы U.i.r (фиг. 2 а) и ключи 1, 4 открыты, по ним протекает ток ) , равный сумме токов Ь линейного дроссел  7 и Is выходного трансформатора 5 (фиг. 2 в, г). Конденсатор 8

топроводах.

Магнитопровод линейного дроссел  7 может быть изготовлен из мо-пермалло  или из электротехнической стали и феррита с диамагнитным зазором.

Нуль-синхронизатор 11 может быть Q построен, например, по схеме дифференцирующа  цепочка - усилитель - два логических элемента с пр мым и инверсным входами.

В состав .задающего генератора 13 могут входить, например, генератор однопол рных 55 импульсов, триггер, логические элементы.

Оконечный каскад 14 может быть выполнен но известной схеме многоканального транзисторного усилител  с трансформаторным выходом.

И1мпульсное устройство 15 управлени  содер.жит низковольтный источник питани , полупроводниковый многокаскадный усилитель , транзисторы выходного каскада которого работают в классе «Д с широтно- импульсным регулированием выходных одно- пол рных импульсов напр жени  в зависимости от величинь выходного напр жени 

частоте инвертора и синхронизироним с помощью нуль-синхронизаДатчик 16 напр жени  (эффективного

среднего значени ) может быть построен

Ток управлени  через совмещенные обмотки нелинейного дроссел  6 равен нулю. Магни- топроводы размагничены, и дроссель 6 име- ет максимальное индуктивное сопротивление, так что напр жение выходной диагонали

ни  под воздействием нуль-синхронизатора 11 и датчика 16 на цепь управлени 

моста ключей 1-4 падает на обмотках дроссел  6. Инвертор работает в режиме холостого хода, поскольку напр жение на первичной обмотке трансформатора 5 равно нулю (ток намагничивани  дроссел  6 несоизмеримо мал по сравнению с приведенным к первичной обмотке трансформатора 5 током нагрузки).

При включении устройства 15 управлеопределенной длительности, синхронизированные с моментом окончани  перезар дки

конденсатора 8 (фиг. 2 д, е, ж, при t

1з), когда ток через первичную обмотку трансформатора 5 и дроссел  6 практически равен нулю. Через обмотки дроссел  6 протекает ток управлени , среднее

зар жен до напр жени  источника 9 (пол рность на фиг. 1 без скобок; фиг. 2 ж), дроссель б насыщен (фиг. 2 и) и к первичной обмотке трансформатора 5 приложено напр жение источника 9 (фиг. 2 з).

В момент t ti управл ющие и.мпульсы Ua,r с транзисторов 1 и 4 снимаютс  и они запираютс  (фиг. 2 а, в).

В интервале t| t t:i« происходит перезар дка конденсатора 8 через лье паралмо .мепт с ус ::оГ;ст1,и 1о управлени  Ч)сг пает yiipaB. i iKiiiiiMi сигна; на дросчч-.Н) при МИН .:, значении тока (тока ;iv- ремагн1;ч1. I через обмотки (ij)ni . 2 е, за1Птр :хов;11П;Ы11 участок).

В интервале t,i t s (4 нроис.ходпт пе- ремагничивание дроссел  6, в результате чего индуктивность его .максимальна и все напр жение вы.ходной диагонали инвертора

,г-- -- --г- - --Г-- -- ..-г-.-падает на нем, а на первичной обмотке

лельные цепи; первична  обмогка трансфор- трансформатора 5 напр жение равно нулю матора 5 - дроссель 6; первична  обмотка(фиг. 2 з, и).

Перемагничивание дроссел  6 оканчиваетс  в момент 1 14, его индуктивность и падение напр жени  на обмотках умень- 5 щаютс  .до нул  (фиг. 2 и), а ток через транзисторы 2 и 3 и напр жение на трансформаторе 5 скачкообразно увеличиваютс  (фиг. 2 в, з).

При запирании транзисторов 2 и 3 происход т процессы, аналогичные описанным.

дроссел  7. Ток конденсатора 8 уменьшаетс  по величине и равен сумме токов двух указанных цепей. Напр жение на транзисторах 1 и 4 возрастает с момента сиа- дани  протекающего тока и напр жени  на конденсаторе 8.

Емкость конденсатора 8 выбираетс  ис ход  из услови  обеспечени  безопасной траектории переключени  транзисторов 1-4.

В момент t t2 напр жение на конденсаторе 8, на первичной обмотке трансформатора 5 и ток в цепи элементов 5 и 6 станов тс  равными нулю (фиг. 2 в, ж, з), а намагничивающий ток дроссел  7 про20 Интервал времени перемагничивани  нелинейного дроссел  6, когда он оказывает регулирующее действие, например, фи t2 t 14 (по фиг. л, и), определ етс  величиной среднего значени  тока управдолжает протекать в том же направлении, 25 регулируемого источником 15 управуменьща сь по величине и перезар жа  конденсатор 8 в обратной пол рности (фиг. 2 г, д, ж ). В интервале Ь t 1.з соблюдаетс  равенство токов 18 Ь.

По мере возрастани  напр жени  отрилени  в зависимости от величины напр жени  на вторичной обмотке трансформатора 5. На фиг. 2 показаны также диаграммы, когда интервал времени неремагничивани  дроссел  6 при t 1 tin достигает пракцательн ой пол рности на конденсаторе 8 30 тически наибольп1его значени , прибли (указано в скобах на фиг. 1) напр жение на дросселе 6 увеличиваетс , поскольку он размагничиваетс  и имеет большое индуктивное сопротивление (фиг. 2и). Ток первичной обмотки трансформатора 5 определ етс  током перемагничивани  дроссел  6 и имеет минимальную величину (фиг. 2 е). Ток управлени  у также имеет малую величину (фиг. 2 е).

В момент 1 1з конденсатор 8 пережа сь к времени полупериода переменного напр жени  инвертора.

При увеличении тока нагрузки 10 падение напр жени  на внутреннем сопротивлении трансформатора 5, дроссел  6 уве- 35 личиваетс , а напр жение на вторичной обмотке трансформатора и на выходе датчика 16 несколько уменьшаетс . Вследствие обратной зависимости между величиной входного сигнала и шириной выходного имзар жаетс  до величины напр жени  источ- . пульса напр жени  устройства 15 ток управ- ника 9 (на фиг. 1 пол рность в скоб- лени  дроссел  6 несколько уменьшаетс , фиг. 2 ж), обратные дкоды ключей

Интервал ненасыщенного состо ни  и среднее значение падени  напр жени  на обмотках дроссел  6 также уменьшаютс , а на трансформаторе 5 напр жение увеличиваетках;

2 и 3 открываютс  и энерги , накопленна  в дросселе 7, передаетс  в источник 9. Ток через конденсатор прерываетс  (фиг. 2(9). В этот же момент перемен- 45 вновь до номинального значени  (с не- ный сигнал, сни.маемый с вторичной обмот-которой погрешностью). Процесс стабилизации выходного напр жени  трансформатора 5 продолжаетс  до тех пор, пок  ток перегрузки не достигнет допустимой величины. С этого момента устройство 15 управлеки дроссел  7, поступает на нуль-синхронизатор 11, где преобразуетс  и поступает на входы оконечного каскада 14 и устройства 15 управлен-и . На другой вход каскада 14 поступает сигнал с задающего 50 ни  переходит в режим стабилизации шигенератора 13, в результате чего с выхода блока 12 управлени  поступают отпирающие импульсы на управл ющие входы б, в транзисторных ключей 2 и 3 (фиг. 2 б), которые отпираютс  при малом значении тока дроссел  7 (фиг. 2 г) и нулевом значении напр жени  на транзисторах, поскольку напр жение на конденсаторе 8 равно напр жению источника 9. В этот же

55

рины управл ющих импульсов напр жени  и ток управлени  дроссел  6 становитс  неизменным. Дроссель 6 переходит в режим стабилизации рабочего тока на уровне величины среднего значени  тока управлени  в соответствии с законом равенства намагничивающих сил, создгваемых рабочим током обмоток и током управлени . Врем  ненасыщенного состо нии и среднее знамо .мепт с ус ::оГ;ст1,и 1о управлени  Ч)сг пает yiipaB. i iKiiiiiMi сигна; на дросчч-.Н) при МИН .:, значении тока (тока ;iv- ремагн1;ч1. I через обмотки (ij)ni . 2 е, за1Птр :хов;11П;Ы11 участок).

В интервале t,i t s (4 нроис.ходпт пе- ремагничивание дроссел  6, в результате чего индуктивность его .максимальна и все напр жение вы.ходной диагонали инвертора

При запирании транзисторов 2 и 3 происход т процессы, аналогичные описанным.

20 Интервал времени перемагничивани  нелинейного дроссел  6, когда он оказывает регулирующее действие, например, фи t2 t 14 (по фиг. л, и), определ етс  величиной среднего значени  тока управлени  в зависимости от величины напр жени  на вторичной обмотке трансформатора 5. На фиг. 2 показаны также диаграммы, когда интервал времени неремагничивани  дроссел  6 при t 1 tin достигает пракжа сь к времени полупериода переменного напр жени  инвертора.

При увеличении тока нагрузки 10 падение напр жени  на внутреннем сопротивлении трансформатора 5, дроссел  6 уве- 5 личиваетс , а напр жение на вторичной обмотке трансформатора и на выходе датчика 16 несколько уменьшаетс . Вследствие обратной зависимости между величиной входного сигнала и шириной выходного им пульса напр жени  устройства 15 ток управ- лени  дроссел  6 несколько уменьшаетс ,

Интервал ненасыщенного состо ни  и среднее значение падени  напр жени  на обмотках дроссел  6 также уменьшаютс , а на трансформаторе 5 напр жение увеличивает вновь до номинального значени  (с не- которой погрешностью). Процесс стабилиза5

рины управл ющих импульсов напр жени  и ток управлени  дроссел  6 становитс  неизменным. Дроссель 6 переходит в режим стабилизации рабочего тока на уровне величины среднего значени  тока управлени  в соответствии с законом равенства намагничивающих сил, создгваемых рабочим током обмоток и током управлени . Врем  ненасыщенного состо нии и среднее знамение напр жени  на обмотках дроссел  6 увеличиваютс , а среднее значение напр - Ькени  на трансформаторе 5 уменьшаетс  1(фиг. 2 3 и при ). При даль- йейшем уменьшении сопротивлени  нагрузки 0 вплоть до короткого замыкани  ток Инвертора увеличиваетс  незначительно в со- |этветствии с градиентом (наклоном) кривой Намагничивани  ферромагнитного материала Сердечников дроссел  6.

При исчезнов ении перегрузки стабили- ирующий инвертор автоматически перехо- ,ит в нормальный режим стабилизации на- тр жени .

Таким образом, изобретение позвол ет

10

мическом режимах работы, и уменьшени  выдел емой мощности на элементах силовой части источника питани  в широком диапазоне изменени  нагрузки.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Инвертор по авт. св. № 1292149, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональнь1х возможностей и повышени  надежности путем обеспечени  регулировки выходной величины и ограничени  тока перегрузки, нелинейный дроссель выполнен в виде импульсно-управл емого дроссел  насыщени  с совмещенными обмотками , к управл ющему входу которого

   асширить функциональные возможности ин- подключены блокирующий диод и импульсертора , а также повысить его эксплуата-ное устройство управлени , подключенное

   тонную надежность за счет обеспечени первым входом к второму выходу нульегулировки выходной величины (напр же-синхронизатора, а вторым входом - к выхож , тока, мощности), естественного ограни-ду датчика напр жени , подсоединенного к

   1ени  тока перегрузки в статическом и дина-выходной обмотке силового трансформатора.

   мическом режимах работы, и уменьшени  выдел емой мощности на элементах силовой части источника питани  в широком диапазоне изменени  нагрузки.

   Формула изобретени 

   Инвертор по авт. св. № 1292149, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональнь1х возможностей и повышени  надежности путем обеспечени  регулировки выходной величины и ограничени  тока перегрузки, нелинейный дроссель выполнен в виде импульсно-управл емого дроссел  насыщени  с совмещенными обмотками , к управл ющему входу которого

   и О

   Ч /