SU851708A1

SU851708A1 - Transistorized inverter

Info

Publication number: SU851708A1
Application number: SU792826311A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Владимирович Малышев; Валерий Александрович Медников
Original assignee: Куйбышевский Авиационный Институтим. Академика C.П.Королева
Priority date: 1979-10-01
Filing date: 1979-10-01
Publication date: 1981-07-30

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено, в частности, как универсальный силовой ключ с гальванической развязкой в мостовых, полумостовых однотактовых инверторах, используемых для преобразовав ⁵ния постоянного напряжения в переменное.The invention relates to electrical engineering and can be applied, in particular, as a universal power switch with galvanic isolation in bridge, half-bridge single-cycle inverters used to convert ⁵ DC voltage to AC.

Известен транзисторный инвертор, содержащий трехфазный мостовой инвертор на параллельно соединенных в од ном плече транзисторах, выходные об мотки' трех управляющих генераторов прямоугольной формы, работающих со взаимным сдвигом (120°)и осуществляющих переключение силовых транзисторов, трехфазный маломощный выпрямитель на полупроводниковых диодах, подклю- . ченный через резисторы к средним точкам мостовой схемы, резисторы и обмотки электромеханического реле, образующие мостовую схему. В блоке защиты используется обратная связь релейного, типа, которая срабатывает при превыше10 нии напряжения на открытом транзисторе более чем 3-4 В. Отличительной особенностью устройства является то, что 'чувствительные элементы защиты включены в балансную мостовую схему, равновесие которой нарушается при выходе транзисторов какого-либо плеча из ре-? жима насыщения р J.Known transistor inverter containing a three-phase bridge inverter on transistors connected in parallel in one arm, output windings of three rectangular control generators operating with mutual shift (120 °) and switching power transistors, a three-phase low-power rectifier on semiconductor diodes, connected . through resistors to the midpoints of the bridge circuit, resistors and windings of an electromechanical relay forming a bridge circuit. The protection unit uses relay feedback of the type that triggers when the voltage on the open transistor exceeds 10 V more than 3-4 V. A distinctive feature of the device is that the sensitive protection elements are included in the balanced bridge circuit, the equilibrium of which is disturbed when the transistors exit any shoulder from re-? press saturation p J.

Однако у указанного мостового инвертора отсутствует защита от перегрузок по мощности рассеяния и по току коллектора, что значительно снижает надежность работы устройства.However, the specified bridge inverter does not have overload protection in terms of dissipation power and collector current, which significantly reduces the reliability of the device.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство, которое содержит силовые транзисторы, задающий генерат тор, обеспечивающий двухтактный режим работы, промежуточный усилитель, который через усилители токов подсоединен к базам силовых транзисторов, источник питания цепей управления и измерительную схему, выполненную в виде двухвходового усилителя, один вход которого соединен с эмиттерами силовых транзисторов через разделительные диоды, а другой с источниками опорного напряжения [2].The closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved positive effect is a device that contains power transistors, a master oscillator that provides a two-stroke mode of operation, an intermediate amplifier, which is connected to power transistor bases through current amplifiers, a control circuit power supply and a measuring circuit, made in the form of a two-input amplifier, one input of which is connected to the emitters of power transistors through isolation diodes, and the other from the source s voltage reference [2].

В измерительной схеме величина ⁵ опорного напряжения сравнивается с суммой падений напряжений на насыщенном силовом транзисторе между коллектором и эмиттером, и разделитель-. ₁₀ном диоде. При превышении измеряемого напряжения относительно опорного увеличивается амплитуда напряжения питания промежуточного усилителя и,, как ..следствие, ток базы силового транзис- ₁₅тора, причем промежуточный усилитель выполняет в этом случае функции аналогового ключа, на аналоговый вход которого подается напряжение питания, fa на управляющий вход импульсы с зада~₂₀ющего генератора.In the measuring circuit, the value ^{5 of the} reference voltage is compared with the sum of the voltage drops on the saturated power transistor between the collector and the emitter, and the splitter -. _10th diode. If the measured voltage is exceeded relative to the reference, the amplitude of the supply voltage of the intermediate amplifier increases and, as a result, the base current of the power transformer is ₁₅ , and the intermediate amplifier in this case performs the functions of an analog switch, to the analog input of which the supply voltage is supplied, fa to the control input pulses from the master oscillator ~ ₂₀ .

Однако в этом устройстве измерительная схема реагирует не на величину тока силового транзистора, а на величину напряжения между коллектором: и эмитте-₂$ ром открытого транзистора, поэтому, во-первых, при напряжениях питания силовых транзисторов, сравнимых с напряжением на опорном элементе, схема будет работать при низком КПД (большой ₃₀базовый ток не будет давать соответствующего напряжения на насыщенный коллектор-эмиттер силового транзистора) , во-вторых, транзистор не·защищен от перегрузки током в коллекторной и ₃₅базовой цепях, в-третьих, параллельное соединение силовых транзисторов с индивидуальными схемами управления невозможно, так как измерительная схема будет реагировать на суммарное кол~₄₀лекторно-эыиттерное напряжение насыщения параллельно включенных силовых транзисторов. Кроме того, коэффициент передачи обратной связи, определяющей базовый ток силового транзистора, ₄₅зависит как от температуры, так и от индивидуальных характеристик элементов схемы.However, in this device, the measuring circuit does not respond to the current value of the power transistor, but to the voltage between the collector: and the emitter _{of an} open transistor, $ ₂ , therefore, firstly, when the supply voltage of the power transistors is comparable to the voltage on the reference element, the circuit would work at low efficiency (large base current ₃₀ will not produce a corresponding voltage across the saturated collector-emitter of the power transistor), and secondly, transistor · not protected against overload current in the collector and base connections _35, a tert their parallel connection of power transistors with individual control circuits can not be, since the measuring circuit will react to the total number of about _{40-lecture-eyitternoe} saturation voltage of parallel-connected power transistors. In addition, the feedback transfer coefficient determining the base current of the power transistor ₄₅ depends on both the temperature and the individual characteristics of the circuit elements.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД инвертора. ₅₀ The purpose of the invention is to increase the reliability and efficiency of the inverter. _fifty

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторном инверторе, содержащем силовой транзистор, коллектор которого соединен с одним из выводов для подключения нагрузки, задающий ₅₅генератор, соединенный с управляющим входом аналогового ключа, выход которого через усилитель тока подключен к базе силового транзистора, измери- ¹ тельный узел, выполненный на дифференциальном усилителе, один из входов которого подключен к эмиттеру силового транзистора, а второй - к узлу опорного напряжения, и источник питания цепей управления, причем другой вывод для подключения нагрузки соединен с одним из'выводов для подключения источника питания инвертора, в измерительный узел введены резистивный мост, второй дифференциальный усилитель и аналоговый сумматор, при этом одна диагональ резистивного моста включена между эмиттером силового транзистора и общим выводом источника питания цепей управления, а другая диагональ подключена ко входам, второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключен ко второму выводу для подключения источника питания инвертора, выхо'ды дифференциальных усилителей подключены ко входам аналогового сумматора, а выход последнего к аналоговому входу аналогового ключа.This goal is achieved by the fact that in a transistor inverter containing a power transistor, the collector of which is connected to one of the terminals for connecting the load, the ₅₅ master oscillator connected to the control input of an analog switch, the output of which is connected to the base of the power transistor through a current amplifier, ¹ a power unit made on a differential amplifier, one of the inputs of which is connected to an emitter of a power transistor, and the second to a node of a reference voltage, and a power source for control circuits, the other the output for connecting the load is connected to one of the outputs for connecting the inverter power source, a resistive bridge, a second differential amplifier and an analog adder are introduced into the measuring node, while one diagonal of the resistive bridge is connected between the emitter of the power transistor and the common output of the power supply of the control circuits, and the other diagonal is connected to the inputs of the second differential amplifier, the inverting input of which is connected to the second output to connect the power source of the inverter, the outputs are differential amplifiers are connected to the inputs of the analog adder, and the output of the latter to the analog input of the analog key.

На чертеже представлена функциональная схема инвертора.The drawing shows a functional diagram of the inverter.

Транзисторный инвертор содержит силовой транзистор 1, коллектор которого через нагрузку 2 подключен к одному из выводов для подключения источника 3 питания инвертора, измерительный узел 4, состоящий из резистивного моста 5 на резисторах 6, 7, 8 и 9, одна из диагоналей которого подключена к эмиттеру силового транзистора и общему выводу 10 источника питания цепей упт равления, первого дифференциального усилителя 1!, один из входов которого, подключен к э»в1ттеру силового транзис* тора, а другой к узлу 12 опорного напряжения, второго дифференциального усилителя 13 и аналогового сумматора 14, выход которого подключен к аналоговому входу аналогового ключа 15, управляющий вход последнего соединен с выходом задающего генератора 16, а выход через усилитель 17 тока к базе силового транзистора 1. Входы второго дифференциального усилителя 13 подключены ко второй диагонали резистивного моста 5, а инвертирующий вход и ко второму выводу для подключения источника 3 питания инвертора.The transistor inverter contains a power transistor 1, the collector of which through the load 2 is connected to one of the terminals for connecting the inverter power supply 3, the measuring unit 4, consisting of a resistive bridge 5 on resistors 6, 7, 8 and 9, one of the diagonals of which is connected to the emitter power transistor and general output 10 of the power source of the control circuits, the first differential amplifier 1!, one of the inputs of which is connected to the power transformer * of the torus, and the other to the voltage reference node 12, the second differential about the amplifier 13 and the analog adder 14, the output of which is connected to the analog input of the analog key 15, the control input of the latter is connected to the output of the master oscillator 16, and the output through the current amplifier 17 to the base of the power transistor 1. The inputs of the second differential amplifier 13 are connected to the second diagonal of the resistive bridge 5, and the inverting input to the second terminal for connecting the power source 3 of the inverter.

Выходы дифференциальных усилителей и 13 подключены ко входам аналогового сумматора 14.The outputs of the differential amplifiers and 13 are connected to the inputs of the analog adder 14.

Транзисторный инвертор работает следующим образом.The transistor inverter operates as follows.

При поступлении отпирающего сигнала с генератора 16 на управляющий вход аналогового ключа 15 выходное напряжение сумматора 14 через аналоговый ключ 15 подается на усилитель 17, ₅ определяя величину тока базы силового транзйстора 1, отпирающего последний. По коллекторной цепи силового транзистора I через нагрузку 2 начинает протекать ток. При увеличении коллек- jo торного тока силового транзистора 1 от 0’ до 1_К__с диагонали резистивногоUpon receipt of the unlocking signal from the generator 16 to the control input of the analog switch 15, the output voltage of the adder 14 through the analog switch 15 is supplied to the amplifier 17, ₅ determining the current base of the power transistor 1, unlocking the latter. The collector circuit of the power transistor I through the load 2 begins to flow current. When the collector current of the power transistor 1 increases from 0 'to 1 _K __ s of the resistive diagonal

Поста 5 разностное напряжение через дифференциальный усилитель 13, сумматор 14, аналоговый ключ 15, усилитель 15 17 увеличивает базовый ток силового транзистора до балансировки резистивного моста.Post 5, the differential voltage through the differential amplifier 13, the adder 14, the analog switch 15, the amplifier 15 17 increases the base current of the power transistor to balance the resistive bridge.

При выборе соответствующих величин сопротивлений моста 5 поддерживается 20 постоянное отношениеWhen choosing the appropriate values of the resistances of the bridge 5 is maintained 20 constant ratio

Действительно, из принципиальной схемы,видно, что = 1^+ + 1^ ; = 1^- Κ·^⁺ Ц’ Кд·Indeed, it can be seen from the circuit diagram that = 1 ^ + + 1 ^; = 1 ^ - Κ · ^ ⁺ C 'cd ·

Благодаря существующей обратной 25 связи через дифференциальный усилитель 13 выполняется Uo^· R₇~ly Rg~O. Если R₆=R₇, то =ly R^; i (l₂-Rg+Due to the existing feedback 25 through the differential amplifier 13 is performed Uo ^ · R ₇ ~ ly Rg ~ O. If R ₆ = R ₇ , then = ly R ^; i (l ₂ -Rg +

Ш), о^ткУДа <2.; ^R87 !-?> ^R9·W), about ^tk UDa <2 .; ^R 87! -?> ^R 9

-R,/R_e rami—li.-feyoraa l_u/ Ι₃-Κ,/%-30 -1 при ιρνι,ί’ν·» » '»/ ·,- V¹·-R, / R _e rami — li.-feyoraa l _u / Ι ₃ -Κ, /% - 30 -1 with ιρνι, ί'ν · »» '»/ ·, - V ¹ ·

Таким образом, существующая обратная связь позволяет поддерживать постоянным отношение { Κ,βο всем диапазоне токов коллектора транзистора 1 от 35 lo'J____ , обеспечивая минимальные потери в цепи управления и максималь но возможное быстродействие на отключение, так как степень насыщения транзистора всегда оптимальна. 40Thus, the existing feedback makes it possible to maintain the ratio {Κ, βο constant over the entire current range of the collector current of transistor 1 from 35 lo'J ____, ensuring the minimum losses in the control circuit and the maximum possible shutdown speed, since the degree of saturation of the transistor is always optimal. 40

При увеличении тока коллектора силового транзистора 1 1к > ^вы” полняется условие (J_on 7 Щ > на выходе нелинейного дифференциального усилите^ ля 11 появляется ток, направление которого противоположно направлению выходного тока линейного дифференциального усилителя 13, общий выходной ток сумматора 14 уменьшается, что приводит _5Qк уменьшению величины тока на выходе усилителя 17 тока, и, как следствие, к уменьшению тока базы силового транзистора 1, который начинает подзапираться, увеличивая коллекторно-эмит-; ₅₅терное напряжение. Последнее приводит к увеличению тепловой мощности, выделяемой на силовом транзисторе 1. Дальнейшее увеличение коллекторного тока приведет к линейному уменьшению тока базы силового транзистора 1 и увеличению выделяемой на нем тепловой мощности. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не сработает тепловая защита, отключающая задающий генератор 16 (тепловая защита совмещена с задающим генератором), который • закроет силовой транзистор 1.By increasing the power transistor collector current 1 1k> ^you "is satisfied condition (J _on 7 u> at the output of nonlinear differential will strengthen ^ To 11 current appears whose direction is opposite to the direction of the output current of the linear differential amplifier 13, the overall output current of the adder 14 is reduced, which leads _5Q to a decrease in the current value at the output of the current amplifier 17, and, as a consequence, to a decrease in the base current of the power transistor 1, which starts to lock up, increasing the collector-emitter; ₅₅ ternary voltage. to increase the thermal power allocated to the power transistor 1. A further increase in the collector current will linearly decrease the base current of the power transistor 1 and increase the thermal power allocated to it. This process will continue until the thermal protection trips, which turns off the master oscillator 16 (thermal protection combined with the master oscillator), which • closes the power transistor 1.

Таким образом, предлагаемый транзисторный инвертор обеспечивает при увеличении коллекторного тока силового транзистора I линейное' увеличение тока базы в диапазоне токов коллектора от 0 до » линейное уменьшение тока базы при увеличении тока коллектора > 3r. vwoix и отклонение силового транзистора 1 при его нагреве .Thus, the proposed transistor inverter provides with an increase in the collector current of the power transistor I a linear 'increase in the base current in the range of collector currents from 0 to "a linear decrease in the base current with an increase in collector current> 3r. vwoix and the deviation of the power transistor 1 when it is heated.

Такое управление током базы силового транзистора 1 позволяет увеличить стабильность и точность поддержания отношения тока базы к току нагрузки, •увеличить КПД при малых напряжениях |и токах нагрузки, предотвратить перегрузки по токам базы и коллектора, упростить параллельное соединение силовых транзисторов без выравнивают щих сопротивлений в цепи эмиттера, так как за счет обеспечения линейной зависимости тока базы от величиш>1 тока коллектора происходит автоматическое выравнивание коллекторно-змиттерных напряжений и равномерное перераспределение токов через них.Such control of the base current of the power transistor 1 allows you to increase the stability and accuracy of maintaining the ratio of the base current to the load current, • increase the efficiency at low voltages | and load currents, prevent overloads on the base and collector currents, simplify the parallel connection of power transistors without equalizing resistances in the circuit emitter, since by ensuring a linear dependence of the base current on values> 1 of the collector current, the collector-zitter voltage is automatically aligned and the distribution of currents through them.

Claims

The invention relates to electrical engineering and can be applied, in particular, as a universal power switch with galvanic isolation in bridge, half-bridge one-cycle investors, used to convert a constant voltage to a variable. A transistor inverter, a three-phase bridge inverter on transistors connected in parallel in one shoulder, are known, the output windings of three control rectangular-shaped generators operating with a mutual shift (120) and switching three-phase low-power rectifier on semiconductor diodes switching across power resistors to the middle points of the bridge circuit, the resistors and the windings of the electromechanical relay constituting the bridge circuit. The protection unit uses relay feedback, of the type that is triggered when the voltage across an open transistor is more than 3-4 V. The distinctive feature is. The device is characterized by the fact that the sensitive protection elements are included in the balanced bridge circuit, the equilibrium of which is disturbed when the transistors of any arm leave the power supply mode; p 1. However, the indicated bridge inverter does not have protection against power overloads and current collector, which significantly reduces the reliability of the device. The closest to the proposed invention in its technical essence and the achieved positive effect is a device that contains power transistors, a generator that provides a two-stroke mode, an intermediate amplifier that is connected to the bases of the power transistors, the power supply of control circuits and measuring discrete circuit, made in the form of a 385 two-input amplifier, one input of which is connected to the emitters of the power transistors through dividing diodes, and the other with By the reference voltage measurement points, the magnitude of the reference voltage is compared with the sum of the voltage drops on the saturated power transistor between the collector and the emitter, and the separator diode. When the measured voltage exceeds the reference voltage, the amplitude of the supply voltage of the intermediate amplifier increases and, as a consequence, the base current of the power transistor, the intermediate amplifier in this case performs the functions of an analog switch, to the analog input of which the supply voltage fa is applied control input pulses from the master oscillator. However, in this device the meter reacts not to the magnitude of the current of the power transistor, but to the voltage between the collector: and the emitter of the open transistor, therefore, firstly, when the supply voltage of the power transistors is comparable to the voltage of the transistor. the supporting element, the circuit will operate at low efficiency (a large base current will not give the corresponding voltage to the impacted collector-emitter of the power transistor), secondly, the transistor is not protected from current overload in the collector and base circuits, thirdly, parallel connection of power transistors with individual a control circuits is impossible, since the measuring circuit will respond to the total collective-emitter voltage saturating or not connected in parallel to the power transistors. In addition, the feedback gain, which determines the base current of the power transistor, depends on both the temperature and the individual characteristics of the circuit elements. The purpose of the invention is to increase the reliability and efficiency of the inverter. The goal is achieved by the fact that in a transistor inverter containing a power transistor, the collector of which is connected to one of the terminals for connecting the load, the master oscillator connected to the control input of the analog switch, the output of which through the current amplifier is connected to the base of the power transistor, the measuring node, made on a differential amplifier, one of the inputs of which is connected to the emitter of the power transistor, and the second to the reference voltage node, and the power supply to the control circuits, and The output terminal for connecting the load is connected to one of the inputs for connecting the inverter power supply, a resistive bridge, a second differential amplifier and an analog adder are inserted into the measuring node, with one diagonal of the resistive bridge connected between the emitter of the power transistor and the common output of the control power source, another diagonal is connected to the inputs, a second differential amplifier, the inverting input of which is connected to the second output for connecting the inverter power supply, The differential amplifiers are connected to the inputs of the analog adder, and the output of the latter to the analog input of the analog switch. The drawing shows the functional diagram of the inverter. The transistor inverter contains a power transistor 1, the collector of which through the load 2 is connected to one of the terminals for connecting the inverter power supply 3, measuring node 4 consisting of a resistive bridge 5 on resistors 6, 7, 8 and 9, one of the diagonals of which is connected to the emitter of the power transistor and the common output 10 of the power supply of the control circuits, the first differential amplifier 11, one of the inputs of which is connected to the extruder of the power transistor, and the other to the node 12 of the reference voltage, the second differential the amplifier 13 and the analog adder 14, the output of which is connected to the analog input of the analog switch 15, the control input of the latter is connected to the output of the master oscillator 16, and the output through the current amplifier 17 to the base of the power transistor 1. The inputs of the second differential amplifier 13 are connected to the second diagonal resistive bridge 5, and an inverting input to the second output for connecting the source 3 of the inverter. The outputs of the differential amplifiers 11 and 13 are connected to the inputs of the analog adder 14. The transistor inverter operates as follows. When the unlocking signal is received from the generator 16 to the control input of the analog switch 15, the output voltage of the adder 14 through the analog switch 15 is fed to the amplifier 17, determining the base current of the power transistor 1 unlocking the latter. On the collector circuit of the power transistor 1 through the load 2 current begins to flow. When the collector current of the power transistor I increases from O to .P of the diagonal of the resistive Nost 5 differential voltage across the differential amplifier 13, adder 14, analog switch 15, the amplifier 17 increases the base current of the power transistor before balancing the resistive bridge. When selecting the appropriate values of the resistances of the bridge 5, the constant ratio Ij j t поддерживает is maintained. Indeed, from the concept, it can be seen that C 1h 1 I. In R 0 + 1 R1 3 - (a 4 Thanks to the existing feedback through the differential force - -,: tel 13 fulfills Uo L If, then 9 w Yd .. whence 12, - i lo Rg i 9 Ц «RQ / RP or, then 1i / 1h Ko / в -1 when I, and Л ЛТ Thus, the existing feedback to the link allows you to maintain a fixed relationship Qo throughout the whole range the collector currents of transistor 1 from Rvno ensure the minimum losses in the control circuit and the maximum possible switching speed, since the degree of saturation of the transistor is always optimal Flax. When the collector current of the power transistor 1 IK increases, the condition is satisfied (, 7 U to the output of the nonlinear differential amplifier L P, a current appears opposite to the direction of the output current of the linear differential amplifier 13, the total output current of the adder 14 decreases, which leads to a decrease in the magnitude of the current at the output of the current amplifier 17, and, as a result, to a decrease in the base current of the power transistor 1, which begins to lock up, increasing the collector-emittance. terio voltage The latter leads to an increase in the thermal power released at the power transistor 1. A further increase in the collector current will lead to a linear decrease in the base current of the power transistor t and an increase in the heat output allocated thereto. This process will continue until the thermal protection trips, tripping the master oscillator 16 (thermal protection combined with the master oscillator), which closes the power transistor 1. Thus, the proposed transistor inverter provides a linear increase in the current of the power transistor. base in the range of collector currents from 0 to 5k uio1k linear reduction of the base current with an increase in the current of the collector Itz 3 to - lt | c. and the deviation of the power transistor 1 at its ignition. Such control of the base current of the power transistor 1 allows increasing the stability and accuracy of maintaining the ratio of the base current to the load current, increasing the efficiency with Majtix voltages and load currents, preventing overloading the base and collector currents, and simplifying the parallel connection of the power transistors without equalizing resistances in the emitter circuit, since due to the linear dependence of the base current on the magnitude of the collector current, the collector-emitter voltages are automatically equalized and a uniform gray redistribution of currents through them. Claims of the invention A transistor inverter containing a power transistor, the collector of which is connected to one of the terminals for load loading, a driving generator connected to the control switch of the analog switch, the output of which is connected to a silt base transistor, measuring green, is made on a 1st differential differential amplifier , one of the inputs of which is connected to the emitter of the power transistor, and the second to the node of the reference voltage, and the power source of the control circuits, P {Leach the other output for connecting the load with Connected to the output from the output to connect the inverter's power source, characterized in that, in order to increase the efficiency, a resistive bridge, a second differential amplifier, 5151 amplifier and analog adder are inserted into the measuring node, with one diagonal of the resistive bridge connected between the emitter of the power transistor and the common output the power supply of the control circuits, and the other. the diagonal is connected to the inputs of the second differential amplifier, the inverting input of which is connected to the second output to connect the power source The inverter's output, the outputs of the differential amplifiers are connected to the inputs of the analog adder, and the output of the latter to the analog input of the analog switch. Sources of information., Taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 192910, cl. H 02 M 7/48, 1967. 24 USSR Author's Certificate W 470048, CL, H 02 M 7/515, 1977.