SU771830A1 - Двухтактный транзисторный инвертор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  использовани  во вторичных источниках электропитани , в частности в стабилизаторах напр жени  с бестрансформаторным входом. Известны преобразователи посто нного напр жени  с внешним возбуждением, содержащие выходную цепь, силовые транзисторы и задающий генератор 1. Если коммутаци  элементов осуществл етс  с повышенной частотой, то при отсутствии в схеме элементов дл  устранени  сквозных токов невозможно получить высокий КПД и обеспечить надежность преобразовател . Дл  повышенных частот коммутации наиболее эффективны схемы с блокировкой включени  силовых транзисторов. Примером моЛет быть схема 2, где в качестве датчиков , след щих за состо нием силовых транзисторов , используютс  трансформаторы тока , выходные обмотки которых управл ют дополнительными транзисторами, определ ющими момент включени  очередного силового транзистора. Однако в указанном преобразователе отсутствует форсированное запирание силовых транзисторов, что зат гивает врем  выключени  и увеличивает коммутационные потери. Кро.ме того, не ограничено обратное напр жение на эмиттерах переходных транзисторов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  двухтактный инвертор 3. Данный инвертор с внешним возбуждением содержит св занный с выходной цепью трансформатор, четное число силовых транзисторов, базо-эмиттерный переход каждого из которых соединен с выходом задающего генератора через последовательную резистивно-емкостную цепь. К недостаткам данного инвертора относ тс  невысокий КПД и ненадежна  работа при сравнительно большом диапазоне изменени  входного напр жени . Это объ сн етс  тем, что напр жение на трансформаторе, которое используетс  дл  блокировки включени  силовых транзисторов, зависит от напр жени  питани  инвертора . Дл  исключени  сквозных токов необходимо, чтобы запирающий ток, получаемый от этого трансс|)орматора, был больше по абсолютной величине отпирающего тока синхроимпульса задающего генератора . В то же врем  дл  быстрого включени  транзисторов и устойчивой синхронизации необходимо подать на эмиттериый переход силового транзистора мощный запирающий импульс тока от задающего генератора , причем этот импульс тока по абсолютной .величине должен превосходить отпирающий ток, поступающий от трансформатора . Удовлетворить эти противоречивые требовани  можно только при маломен ющемс  напр жении питани . Кроме того, в схеме не предусмотрено ограничение обратного напр жени  на эмитТерах переходных силовых транзисторов. Цель изобретени  - повысить КПД и надежность преобразовани  в щироком диапазоне изменени  входного напр жени . Эта цель достигаетс  тем, что в двухтактном транзисторе инвертора с внещним возбуждением , содержащем св занный с выходной цепью трансформатор и силовые транзисторы , базо-эмиттерный переход каждого из которых соединен с выходом задающего генератора через последовательную резистивно-емкостную цепь, параллельно базо-эмиттерному переходу каждого из силовых транзисторов подключен введенный в схему вспомогательный транзистор, базо-эмиттерный переход которого шунтирован в обратном направлении диодом и подключен к обмотке упом нутого трансформатора. На фиг. 1 приведена электрическа  схема инвертора, силова  часть которого выполнена по мостовой схеме; на фиг. 2 - диаграммы , характеризующие напр жени  на элементах; на фиг. 3 - электрическа  схема инвертора, силова  часть которого выполнена по схеме со средней точкой выходного трансформатора. Инвертор (фиг. 1) содержит выходную цепь 1, св занные с ней трансформаторы 2 и 3, силовые транзисторы 4-7, последовательные резистивно-емкостные цепи из резисторов 8 и конденсаторов 9, выходы задающего генератора (условно показаны в виде обмоток 10 трансформатора задающего генератора), вспомогательные транзисторы 11 -14, диоды 15. Выходна  цепь может содержать силовой трансформатор 16 и резонансный контур из индуктивности 17 и конденсатора 18. Конденсаторы 9 могут быть защунтированы диодами 19. Вход преобразовател  шунтирован конденсаторами 20. Напр жение питани  (посто нного тока) подаетс  на входные выводы 21. Входное напр жение снимаетс  с выводов 22. Принцип работы инвертора (фиг. 1) состоит в следующем. Пусть до момента времени t I (см. фиг. 2) силовые транзисторы 4 и 7 наход тс  в насыщенном состо нии, а транзисторы 5 и 6 - в состо нии отсечки. Тогда к первичным обмоткам трансформаторов 2 и 3 приложено напр жение, равное напр жению на конденсаторах 20, которое примерно составл ет половину от напр жеНИИ питани . Вспомогательные транзисторы 11 и 14 заперты, а транзисторы 12 и 13 насыщены. Пол рность напр жений на различных элементах схемы показана на чертеже . Выходна  цепь 1 подключена к источнику питани  через транзисторы 4 и 7 и через первичную обмотку силового трансформатора 16 протекает ток J |(фиг.2). В момент времени t , происходит смена пол рности напр жени  на выходе задающего генератора (на обмотках 10). При этом начинает протекать мощный запирающий импульс тока через эмиттерный переходы силовых транзисторов 4, 7, образованный суммой напр жений на обмотках 10 и зар женных конденсаторах 9. Коллекторно-базовые переходы вспомогательных транзисторов 11 и 15 смещаютс  в пр мом направлении, что ограничивает обратное напр жение на базо-эмиттерных переходах транзисторов 4 и 7 до величины, равной сумме напр жений на пр мосмещенном коллекторно-базовом переходе транзистора 11(14) и диода 15. Напр жение на базо-эмиттерных переходах транзисторов 11 и 14 ограничено диодами 15. Поскольку вспомогательные транзисторы 12 и 13 остаютс  в насыщенном состо нии, то силовые транзисторы 5 и 6 остаютс  в выключенном состо нии , так как ток от обмоток 10 задающего генератора, мину  базо-эмиттерные переходы силовых транзисторов, протекает по цепи: резистор 8, транзистор 12(13), конденсатор 9. В момент времени 12 заканчиваетс  рассасывание избыточных носителей в базе транзисторе 4, последний запираетс , что вызывает смену пол рности напр жений на обмотках трансформатора 2 (диагграмма и 5, фиг. 2), в результате чего транзистор 12 запираетс , а транзистор 5 открываетс . В момент времени ta (диаграмма U j, фиг. 2) заканчиваетс  рассасывание носителей в транзисторе 7, последний запираетс , происходит смена пол рности напр жений на обмотках трансформатора 3, транзистор 13 запираетс , а транзистор 6 отпираетс , С этого момента времени возобновл етс  ток через выходную цепь от источника питани , но уже протекающий через транзисторы 5, 6 и имеющий противоположную пол рность (диаграмма Ji - сплошна  лини ). На диаграмме выходного напр жени  U i в промежутках времени 12-t 3 будет наблюдатьс  ступенька, вызванна  неодновременным переключением транзисторов 4 и 7. Изложенное показывает, что во всем интервале t I-t 3 исключено одновременное открытое состо ние транзисторов 4 и 5, 6 и 7, что гарантирует полное устранение сквозных токов. В момент времени t вновь измен етс  пол рность выходного напр жени  задающего генератора. В силу полной симметрии схемы процессы повтор ютс . В момент времени ts выключаетс  транзистор 5 и включаетс  транзистор 4. В момент времени t в выключаетс  транзистор 6 и включаетс  транзистор 7. Схема возвращаетс  в исходное состо ние. В промежутке времени t s-t g на диаграмме выходного напр жени  вновь образуетс  ступенька.

В данном инверторе выходна  цепь может содержать параллельный индуктивноемкостной контур, состо щий из индуктивности 17 и конденсатора 18 и включенный последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора. Резонансна  частота этого контура выбираетс  равной частоте коммутации силовых транзисторов. При этом через выходную цепь и силовые транзисторы будет протекать ток, по форме приближающийс  к синусоидальному (см. диаграмму J 1, пунктир), а силовые транзисторы преобразовател  будут переключатьс  при минимальном токе. Следовательно, коммутационные потери в силовых транзисторах будут минимальны. В случае если конденсаторы 9 щунтированы диодами 19, при смене пол рности напр жени  на выходе задающего генератора амплитуда импульса тока, отпирающего тока. При уменьшении амплитуды отпирающего тока уменьшаютс  потери во вспомогательных транзисторах 11 -14. В то же врем  амплитуда запирающего импульса будет достаточной дл  форсированного рассасывани  носителей и выключени  силовых транзисторов. При повышенном напр жении питани  (100-300 В) и небольшой мощности нагрузки силовал часть предложенного инвертора может выполн тьс  по полумостовой схеме. Последн   получаетс  из схемы (на фиг. 1, если рассматривать только ее левую половину, ограниченную конденсаторами 20 (с учетом последних). В этом случае трансформатор 2 должен рассматриватьс  как элемент выходной цепи. Принцип работы этого варианта идентичен рассмотренному, но выходное напр жение будет характеризоватьс  диаграммой Uj (фиг. 2).

При низких значени х напр жени  питани  силова  часть предложенного инвертора может быть выполнена по схеме преобразовател  со средней точкой выходного трансформатора (см. фиг. 3). В приведенной схеме конденсаторы 20 отсутствуют, а трансформатор 2 имеет отвод от середины первичной обмотки и так же, как и в полумостовом варианте, должен рассматриватьс  как элемент выходной цепи, выполн   роль выходного трансформатора. Принцип работы

этого варианта предложенного инвертора аналогичен рассмотренным ранее.

По сравнению с прототипом данный инвертор может работать при больщих изменени х входного напр жени , обладает большим КПД и надежностью. Объ сн етс  это тем, что величина напр жени  питани  становитс  малокригичной к режиму работы силовых транзисторов, полностью устран ютс  сквозные токи в широком диапазоне изменени  напр жени  питани , обеспечены услови  форсированного переключени  силовых транзисторов, ограничено обратное направление на базо-эмиттерных переходах транзисторов.

Claims (3)

1.Патент США № 3758840, кл. 321-2, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 521642, кл. Н 02 М 7/537, 19741

3.Моин В. С. и Лаптев Н. Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи . «Энерги , 1972, с. 360, рис. 9-23Г (прототип ).