SU1757067A1 - Стабилизирующий инвертор - Google Patents

Abstract

Использование: в системах вторичного электропитани  и автоматики дл  преобразовани  посто нного напр жени  в переменное . Сущность изобретени : силовые транзисторы 1.1 и 1.2 переключаютс  под действием напр жени  на обмотках 2.1 и 2,2. согласующего трансформатора. Это напр жение генерируетс  либо при коммутации цепи обмотки 2.4 возбуждени , либо под действием тока в обмотке 2.3 положительной токовой обратной св зи согласующего трансформатора 2. При отпирании регулирующего ключевого элемента замыкаетс  накоротко управл юща  обмотка 2.5 согласующего трансформатора 2 и закрываютс  оба силовых транзистора 1.1 и 1,2. На управл ющий вход регулирующего ключевого элемента 4 подаетс  сигнал с выхода) узла 5 сравнени . Питание узла 5 сравнени  осуществл етс  через выпр митель на диодах 8.1 и 8.2 и фильтр с токоограничитель- ным элементом 9 и конденсатором 7. 4 з.п. ф-лы, 7 ил. т (Л С

Description

.З

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитани  (ИВЭП), и может быть использовано в сетевых бестрансформаторных ИВЭП с выходной мощностью от единиц до сотен ватт, в том числе в преобразовател х напр жени  с резонансной или индуктивной нагрузкой.

Известен импульсный ИВЭГТ, содержащий полумостовой преобразователь на двух транзисторах, входы которых подключены к общему токовому трансформатору, управл юща  обмотка которого подсоединена к выходу схемы сравнени , вход которой подключен к нагрузке. Питание схема сравнени  получает от сети через выпр митель и балластный элемент.

Недостатки устройства  вл ютс  непроизводительные потери в балластном элементе, а также его значительные габариты .

Наиболее близким к предлагаемому по сущности и достигаемому эффекту  вл етс  импульсный ИВЭП. который содерж йт полумостовой преобразователь на двух транзисторах , к управл ющим входам которых подключены соответствующие выходные обмотки согласующего трансформатора, имеющего также обмотку возбуждени  и управл ющую обмотку, шунтированную регулирующим ключевым элементом. Управл ющий вход последнего соединен через узел сравнени  с выходными выводами инвертора, а цепь питани  узла сравнени  через фильтр подключена к выходу выпр мител , вход которого подключен к выходу специального трансформатора.

Таким образом, недостатком  вл етс  потребность в дополнительном трансформаторе , что усложн ет инвертор.

Целью изобретени   вл етс  упрощение схемы, что удешевл ет ИВЭП и повышает его надежность.

В стабилизирующем инверторе, содержащем по меньшей мере один силовой транзистор, к управл ющему входу которого подключена соответствующа  входна  обмотка согласующего трансформатора, имеющего также обмотку возбуждени  и управл ющую обмотку, шунтированную регулирующим ключевым элементом, управл ющий вход которого соединен через узел сравнени  с выходными выводами инвертора причем цепь питани  узла сравнени  через фильтр подключена к выходу выпр мител , вход выпр мител  подключен к управл ющей обмотке согласующего трансформатора, а фильтр выполнен с последовательно включенным токоограничи- вающим узлом.

Кроме того, в согласующий трансформатор может быть введена обмотка положительной токовой обратной св зи, включенна  последовательно в цепь нагрузки инвертора. В качестве указанного токоог- раничивающего узла целесообразно использовать стабилизатор тока, транзисторный фильтр тока или индуктивный элемент .

0 Подключение выпр мител  в обмотке согласующего трансформатора позвол ет заметноупростить преобразователь и повысить его надежность за счет уменьшени  количества св зей и их длины. При этом

5 благодар  введению токоограничивающего узла стало возможным разв зать согласующий трансформатор от шунтирующего воздействи  конденсатора фильтра.

Предлагаемое устройство отличаетс  от

0 известного тем, что вход выпр мител  под- ключей к управл ющей обмотке узла согласующего трансформатора, а фильтр выполнен С последовательно включенным токоограничивающим узлом.

5 На фиг. 1 представлена функциональна  схема стабилизирующего инвертора; на фиг.2 и 3 - электрические схемы на базе однотактного инвертора с независимым возбуждением и двухтактного с самовоз0 буждением; на фиг.4 - диаграммы, по сн ющие его работу; па фиг.5-7 - токоограничительный узел, варианты.

Стабилизирующий инвертор содержит по меньшей мере один силовой транзистор

5 1, к управл ющему входу которого через выходную обмотку согласующего трансформатора 2 подсоединён узел 3 возбуждени  и регулирующий ключевой элемент 4, вход которого подсоединен к выходу узла 5 срав0 нени , вход которого подсоединен к нагрузке 6. Питающее напр жение на узел 5 сравнени  поступает от конденсатора 7, который через выпр митель 8 подсоединен к обмотке согласующего трансформатора 2.

5 Между выпр мителем 8 и конденсатором 7 установлен токоограничивающий узел 9. Нагрузка 6 через силовой транзистор 1 подсоединена к первичному источнику 10. Инвертор (фиг.1) работает следующим

0 образом.

Узел 3 возбуждени  вырабатывает ток, который подаетс  через согласующий трансформатор 2 на вход силового транзистора 1 и обеспечивает его открывание (бла5 годар  исключению шунтировани  трансформатора 2конденсатором 7 за счет разв зки с помощью токоограничивающего узла 9). В результате на нагрузку 6 поступает напр жение первичного источника 10. Узел 5 сравнени  сравнивает усредненное значение напр жени  на нагрузке б (или токз нагрузки) с внутренним опорным сигналом и вырабатывает сигнал ошибки, который, поступает на вход регулирующего ключевого элемента 4, который регулирует длительность открытого состо ни  силового транзистора 1 в зависимости от величины сигнала ошибки, осуществл   таким образом стабилизацию среднего значени  напр жени  (тока) нагрузки.

Инвертор на базе однотактного инвертора (фиг.2) работает следующим образом .

Узел 3 возбуждени  вырабатывает импульсы тока с тактовой частотой работы инвертора и коэффициентом заполнени  около 0,5 (фиг.З) з. Мощность этих импульсов несколько превышает мощность, необ ходимую дл  раскачки транзистора 1, и обеспечивает также работу узла 5 сравнени , подключенного через выпр митель на элементах 7-9. Импульс тока начинаетс  в момент ц и заканчиваетс  в момент t2. На интервале ti-ta на обмотке 2.1 действует положительное напр жение и транзистор 1 открыт.,

В момент t2 импульс прекращаетс , на обмотке 2.1 пол рность напр жени  мен етс , транзистор 1 закрываетс  и сердечник трансформатора 2 начинает размагничу ватьс . Амплитуда выброса напр жени  ограничена напр жением лавинного пробо  перехода база-эмиттер транзистора 1. В момент t3 сердечник размагничиваетс . Через несколько периодов работы зар жаетс  конденсатор 7. В момент м поступает очередной открывающий импульс тока от узла 3 возбуждени .

По сигналу, поступившему в момент ts от узла 5 сравнени  на управл ющий элемент 4, последний открываетс  закорачива  обмотку 2.5. При этом напр жени  на всех обмотках трансформатора 2 уменьшаютс  до нул . Через обмотку 2.1 происходит ток разр да диффузионной емкости база-эмиттерного перехода транзистора 1. В индуктивности рассе ни  обмотки 2.1 при этом запасаетс  энерги , котора  обеспечивает отрицательный выброс на обмотке 2.1 в момент ts. Этот выброс способствует уменьшению потерь при закрывании транзистора 1.

Таким образом, регулиру  момент открывани  регулирующего ключевого эпе- меита 4, можно регулировать мощность в нагрузке 6. Токоограничивающий узел 9 исключает шунтирование входа транзистора 1 разр женным конденсатором 7 и этим предотвращает работу силового транзистора в

актионом режиме на этапе зар да конденсатора 7.

На фиг.З изображен инвертор, реализованный в источниках электропитани  лазеров , Тут силовой транзистор выполнен на двух транзисторах 1.1 и 1.2 и работает в двухтактном режиме. Согласующий трансформатор 2 содержит базовые обмотки 2.1 и 2.2, обмотку 2,3, обратной св зи по току,

0 обмотку 2.4 запуска и обмотку 2.5 управлени . Это позвол ет упростить узел возбуж- дени , свед  его к формирователю запускающего импульса, поскольку после запуска силовой транзистор 1 совместно с

5 токовым трансформатором 2 образуют автогенератор , режим работы которого (коэффициент заполнени  или частота переключени ) задаетс  регулирующим ключевым элементом 4.

0 По сним, как можно регулировать коэффициент заполнени . Пусть на схеме (фиг.З) нагрузка имеет активный характер, а параметры трансформатора 2 таковы, что в его сердечнике за врем  открытого состо ни 

5 л юбого (одного) из транзисторов 2.1 и 2.2 накапливаетс  энерги , достаточна  дл  формировани  открывающего импульса другого транзистора. Пусть открыт транзистор 1.1. Через определённбе, врем  (зави0 с щее от сигнала ошибки) откроетс  регулирующий элемент 4, напр жение на всех обмотках трансформатора 2 станет равным нулю и транзистор 1. i вскоре закроетс .

5 За врем  открытого состо ни  транзистора 1.1 в сердечнике трансформатора 2 накопилась энерги . Поэтому после закрывани  транзистора 1.1 через обмотку 2.5 управлени  регулирующего элемента 4

0 проходит ток, величина и направление которого определ ютс  намагниченностью сердечника трансформатора 2. Если активные сопротивлени  обмотки 2.5 регулирующего элемента 4 малы, то этот ток

5 протекает сколь угодно долго. Через некоторое врем  (зависимое от сигнала ошибки ) регулирующий элемент закрываетс  и на обмотках трансформатора 2 по вл етс  напр жение, открывающее транзистор

0 1.2. Затем оп ть открываетс  регулирующий элемент 4, а после его закрывани  аналогичным образом открываетс  транзистор 1.1. и т.д., т.е. обеспечиваетс  регулирование напр жени  на нагрузке 9 в

5 режиме автогенерации.

Токоограничивающее устройство мо- ЖРТ быть выполнено на стабилизаторе тока (фиг,5) или на схемах, совпадающих с схемой транзисторных фильтров (фиг б и 7) Лучшие результаты дает устройство (фиг.б)

Возможно также использование дроссел  (в том числе дроссел  насыщени ), однако он хуже поддаетс  микроминиатюризации.

Отсутствие токоограничивающего устройства в схеме (фиг.З) полностью исключает возможность открывани  силовых ключей 1.1 и 1,2 из-за того, что трансформатор 2 нагружен на разр женный конденсатор фильтра.

Использование в качестветокоограни- чительного устройства схем (фиг.З и 5) или длоссе.л.о позвол ет улучшить форму базового тока силового транзисторного ключа 1 (1.1, 1.2) благодар  тому, что в первый момент базовый ток имеет наибольшую величину, обеспечива  насыщение транзистора , а затем спадает благодар  перераспределению тока между обмотками питани  базы ключа и обмоткой конденсатора 7.

Посто нна  времени токоограничива- йщего устройства 9 и конденсатора б выбираетс  так, что к концу полупериода напр жение на устройстве 9 близко к нулю . При этом конденсатор 7 практически зар жаетс  до амплитуды напр жени  на обмотке 2.5 трансформатора 2. Амплитуда напр жени  на обмотках определ етс  напр жением p-n-перехода база-эмиттер силовых транзисторов 1.1 и 1.2, котбрые слабо завис т от тока нагрузки, напр же- ни  на нагрузке, входного напр жени , т.е. питание узла сравнени  осуществл етс  достаточно стабильным напр жением, что также повышает качество работы ИВЭП.

0

5

0

5

0

5

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   1.Стабилизирующий инвертор, содержащий по меньшей мере один силовой транзистор , к управл ющему входу которого подключена соответствующа  выходна  обмотка согласующего трансформатора, имеющего также обмотку возбуждени  и управл ющую обмотку, шунтированную регулирующим ключевым элементом, управл ющий вход которого соединен через узел сравнени  с выходными выводами инвертора , причем цепь питани  сравнени  через фильтр подключена к выходу выпр мител , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью упрощени , вход выпр мител  подключен к управл ющей обмотке согласующего трансформатора , а фильтр выполнен с последовательно включенным токоограничивающим узлом.

   2.Инвертор по п.1, о т л и ч а ю щи й- С   тем, что в согласующий трансформатор введена обмотка положительной токовой обратной св зи, включенна  последовательно в цепь нагрузки инвертора. :
2. ;
3. 3. Инвертор по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с  тем, что токоограничивающий узеЛ выполнен в виде транзисторного стабилизато: pa .TOKa..;v. v/;: .;,; ;v ;:r . . 4 .Инвертор по пЛ, о т л и ч a io Щ и Й- с   тем/чтбтбкоогранйчиванзщий узел выполнен в виде тра н зйсто ра и в веде н а прел е- довательна  RC-цепбчка, подключенна  к выходу выпр мител , к средней точке которой подключена база транзистора.

   5.Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что токоограничивающий узел выполнен в виде дроссел .

   Фиг. Ч

   Фиа.4

   Фиг. S

   Оuz-rr-x/

   Ь7О

   Ь7К

   I Фиг. б

   №0

   Фиг. 7