Двухтактный инвертор

 

ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР, содержапвй выходной трансформатор со с редней точкой первичной обмотки, поцключенной к входному вьтоду, крайние вьшоцы первичной обмотки которого подключены к коллекторам двух биполярных транзисторов, при этом эмиттеры последних объединены и подключены к общему входному выводу и через резисторы - к базам, а также два полевых транзистора, затворы которых образуют управляющие входы инвертора, отличаюшийс я тем, что, с целью повьппения КПД при переменной в течении полупериода нагрузке, введены два Л -диода, катод каждого из которых подключен к базе соответствующего биполярного транзистора , а анод - к его коллектору и стоку полевого транзистора, причем истоки полевых транзисторов соединены с общим (Л входным выводом. СО Ю ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„SU»1032570

Эцр Н 02 M-7/537

1 „"

ОПИСАНИК ИЗОБР Т НИЯ, "

Н ABTOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3457829/24-07 (22) 09.04.82 (46) 30.07.83. Бюл. М 28 (72) В. И. Стук, Ю. Ф. Двойников, P. Ц. Мухамедьяров и Г, А. Китаев (71) Уральский ордена Труцового Красного Знамени политехнический институт им. С. N. Кирова (53) 621.314,57 (088.8) (56) 1. Назарян К. Х. и ПрянишниковВ.А.

Преобразователи напряжения и тока на

nonesbac транзисторах. Л., 1973, с. 22, рис. 8б.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф797031, кл. НОМ 7/537, 1979. (54) (57),ПВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР, содержаший выходной трансформатор со средней точкой первичной обмотки, подключенной к входному выводу, крайние выводы первичной обмотки которого подключены к коллекторам двух биполярных транзисторов, при этом эмиттеры послед° них объединены и подключены к общему входному выводу и через резисторы - к базам, а также два полевых транзистора, затворы которых образуют управляюшие входы инвертора, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения КПО при переменной в течении полупериоца нагрузке, введены два Ъ -диода, катод каждого из которых подключен к базе соответствуюшего биполя рн ого транзистора, а анод - к его коллектору и стоку полевого транзистора, причем истоки полевых транзисторов соединены с обшим входным выводом.

1 1032

: Изобретение oTHocHTcfl к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и автоматики для преобразования постоянного напрях<ения в переменное. 5

Известен двухтактовый инвертор, со» держащий источник питания, два полевых транзистора, выходной трансформатор с первичной, вторичной обмотками и обмоткой обратной связи, стоки полевых тран- 10 зисторов соединены с концами первичной обмотки, отвод от средней точки которой соединен с одним из полюсов источника питания, другой полюс которого соединен с обоими затворами полевых транзисто- 1 ров и со средней точкой обмотки обратной связи, концы которой соединены с истоками полевых транзисторов (1 1 „

Однако данный инвертор имеет низкий КПД., обусловленный потерями мощности внутри канала полевого транзистора, так как пацение напряжения на открыToM IIoJIeBoM транзисторе является линейной функцией протекающего через него тока. При увеличении мощности преобразования потери возрастают, что не позг воляет создавать мощных инверторов на полевых транзисторах с высоким КПД.

Наиболее близким к прецлагаемому по технической сущности является двухтактный инвертор, содержаший выходной трансформатор со средней точкой первичной обмотки; подключенной к входному выводу, крайние выводы первичной обмотки которого подключены к коллекторам двух биполярных транзисторов, при этом эмиттеры последних обьединены и подключены к общему входному sbIBogó и через резисторы к базам, а также два полевых транзистора, затворы которых образуют управляющие входы инвертора и соединены с крайними выводами первичной обМотки, причем истоки полевых транзисгоров соединены со средней точкой первичной обмотки, а кахсдый из стоков соединен с базой соответствующего бипо- лярного транзистора (2 ) .

Недостатком известного инвертора является низкий КПД при переменной в течение полупериода нагрузке, так как цля насыщения биполярных транзисторов приходится задавать в течение всего полупериода ток базы в расчете на максимальную нагрузку. Кроме того, управляю ший ток базы транзистора, задаваемый от источника питания через полевой транзис тор, не проходит по первичной обмотке трансформатора, следовательно, мошностФ цепи управления не является полезной.

570 2

При переключении биполярньпс транзис» торов из режима насыщения в режим от» сечки в процессе рассасывания неосновных носителей заряда в первичной обмотке трансформатора возникают сквозные токи, привоцяшие к дополнительным потерям энергии. Наибольшая мощность, которая может быть преобразована инвертором, ограничивается максимально допустимым значением коллекторного тока и напряжения для данного типа биполярного тран» зистора.

Цель изобретения - повышение Kng при переменной в течение полупериода нагЬузке.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактный инвертор, соцержаший выходной трансформатор со срецней точкой первичной обмотки, подключенной к вхоцному выводу, крайние выводы первич ной обмотки которых поцключены к коллекторам двух биполярных транзисторов, при этом эмиттеры последних обьединены и подключены к общему входному выводу и через резисторы - к базам, а также два полевых транзистора, затворы которых образуют управляющие входы инвертора, введены два Л -диоца, катод каждого из которых подключен к базе соответствую

mего биполярного транзистора, а аноцк его коллектору и стоку полевого транзистора, причем истоки полевых транзисторса соединены с общим входным выводом.

На фй. 1 представлена принципиаль ная схема транзисторного цвухтактного инвертора; на фиг. 2 - временные диаг раммы работы преобразователя; с - послецовательность входных импульсов на затворе полевого транзистора;Б - последовательность импульсов на переходе

"исток-сток", полевого транзистора; Ь коллекторный ток биполярного транзис.тора; ч., - последовательность импульсов на вторичной обмотке трансформатора;

3 - последовательность импульсов на одном плече первичной обмотки; e - изменение сопротивления нагрузки; a - -после довательность импульсов на электродах

Л -диода.

Двухтактный инвертор содержит два биполярных транзистора 1 и 2, цва поле» вых транзистора 3 и 4, выходной тренсформатор 5 с первичной обмоткой 6 и вторичной обмоткой 7, источник 8 пита-» ния, динамическую нагрузку 9, резисторы 10 и 11, которые шунтируют эмит»терно базовые переходы биполярных траз зисторов, цва A диода 12 и 13 и управ

3 1032 лающие входы 14 и 15. Один конец пер вичной обмотки 6 соединен с коллектором биполярного транзистора 2 и со сто ком полевого транзистора 4. Отвод от средней точки первичной обмотки 6, раэ» целяющий ее на цва плеча, соединен с Но ложительной шиной источника питания и образует вхоцной вывод инвертора. Концы вторичной обмотки 7 соединены с динамической нагрузкой 9, прецставляю- 1О щей собой, например, паратранс или варистор, Резисторы 10 и 11 шунтируют эмиттерно-базовые переходы соответственноо биполярных транзисторов 1 и 2, а параллельно коллекторно-базовым нерв« хоцам биполярных транзисторов 1 и 2 включены диоды 12 и 13. Катод каждого иэ диодов 12 и 13 соецинен.с базой соответствующего биполярного транзистора 1 и 2. Параметры кажного иэ Л -цио- 0 цов 12 и 13 выбираются такими, чтобы рабочая точка лежала на левом скате характеристики циоца, причем нацряжение рабочей точки Л -циоцор-12 и 13 должно быть больше остаточного напра женин на открытых полевых транэисторах 3 и 4 при максимальном сопротив ленин нагрузки (К,, фиг. 2, минималь- ный ток нагрузки} и меньше остаточного ,напряжения насьпценных. биполярных тран- зо зисторов 1 и 2 при минимальном сопро тивлении нагрузки (R ;., фиг. 2, максимвльный ток нагрузки . Ток рабочай точки Л -диодов 12 и 13 должен быть достаточен цля насьпцения биполярных транзисторов 1 и 2. Эмиттеры бинолярных транзисторов и стоки нолевых транзисторов 3 и 4 соединены с общей оТ рицатвльной шиной источника В питания, образующей общий вхоцной вывоц. Затво-, ры полевых транзисторов 3 и 4 соединены соответственно с управляющими входами инвертора 14 и 15.

Инвертор работает следующим образом.

На управляющие входы 14 и 15 (зат воры полевых транзисторов 3 и 4) поступают с задающего генератора (не по казан) цвухполярные прямоугольные импульсы меанцр (фиг. 2,а), На затворах полевых транзисторов 3 и 4 полярности напряжения поступающих в течение полу периода импульсов противоположны, Момент времени С„соответствует началу полупериоца, а момент времени + - кон цу полупериоца. В интервал времени пер- 55 вого полупериоца 4>-6, на затворе поле рого транзистора 3 действует, например, положительный импульс напряжения, а на

570 4 затворе полевого транзистора 4 - отри» цательный импульс напряжения. Полевой транзистор 3 открыт (фиг. 2,о), полевой транзистор 4 закрыт. Напряжение исток сток" открытого полевого транзистора 3 полностью приложено к Л -циоцу 12, При этом пацение напряжения на открытом полевом транзисторе 3 (фиг. 2,5), обусловленное внутренним сопротивлением канала полевого транзистора, меньше нижнего прецела отпирания Х-диода 12, слецова» тельно, биполярный транзистор 1 закрыт, коллекторный ток биполярного транзистора1равен нулю (фиг. 2,В). К переходу исток-сток" закрытого полевого транзистора 4 и перехоцу "коллектор-эмиттер, закрытого биполярного транзистора 2 при» ложено напряжение, равное сумме напражений источника 8 питания (ф ) и неработающего плеча первичной обмотки 6 трансформатора 5. При этом на Я «циоце 13 действует напряжение, большее верхнего предела отпирания. Диод 13 также закрыт. Выходное напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 5

{фиг. 2,,), повторяющее форму напряжения на одном из плеч первичной обмотки 6 трансформатора 5 (фиг. 2,д) поступает на паратранс 9. Паратранс имеет собственное сопротивление, которое изменяется в течение полупериоца (фиг. 2, е), Уменьшение сопротивления паратранса 9 вызывает увеличение тока вторичной обмотки 7, что привоцит к увеличению тока работающего плеча обмотки 6 и тока цолевого транзисто- ра 3, Увеличение тока полевого транзисто:ра 3 вызывает увеличение напряжения исток-сток", которое является линейной функцией протекающего через полевой транзистор 3 тока, При цостижении в момент времени Ъ„напряжением на пере хоцв исток-сток" полевого транзистора 3 нижнего порога отпирания Л -циоц 12 открывается (фиг. 2, к), что приводит к открыванию биполярного транзистора 1.

Открытый пврехоц "коллектор-эмиттер" биполярного транзистора 1 шунтирует открытый первхоц "исток сток" полевого транзистора 3. Ток работающего плеча обмотки 6 будет равен сумме коллекторного тока биполярного транзистора 1 и тока "исток-сток полевого транзистора 3.

Поскольку перехоц "коллектор-эмиттер транзистора 1 имеет меньшее внутрен.нее сопротивление, чем внутреннее сопро тивление затвора полевого транзистора 3, то потери мощности на этих транэисто

„рах снижаются. В течение времени t -$

Р когда Л -диод 12 и биполярный транзис»

1032

3 тор 1 открыты, схема находится в динаМическом равновесии. Дальнейшее увеличение тока нагрузки ведет к увеличению тока рабочего плеча первичной обмотки 6, а также к увеличению падения напряже- 5 ния на переходе коллектор эмиттер" биполярного транзистора 1, которое приложено к последовательно соединенным

А -диоду 12 и резистору 10. Увеличение тока диоца 12 привоцит к увеличению тока базы биполярного транзистора 1 и, слвцовательно, уменьшению напряжения, "коллектор-эмиттер этого транзистора.

Таким образом, в течение интервала вре- мени напряжение "коллектор-емиттерр» 15 бидолярного транзистора 1 стабилиэиро î. В дальнейшем сопротивление пара тр@нса 9 возрастает, снижается ток sar руэки и ток рабочего плеча первичной обмотки 6. Уменыиается пацение напряже- 20 ния на участке "коллектор-амиттер" транзистора 1, что привоцит к снижению напряжения на Л -циоде 12. В момент времени t2 напряжение на Л -циоде 12 становится меньше нижнего порога срабатывания Л диод 12 и биполярный транзистор 1 закрываются.: В интервале

Ipe>e++ Ф - 1 в о><р» состоянии остается только нолевой транзистор 3 (фиг. 2,Ь). В момент времени t проис- ЗО

xaam смена полярности управляющих на пряжений на затворах полевых транзисторсе 3 и 4 (фиг. 2,a). Состояние па левых транзисторов 3 и 4 изменяется на противоположное» Полевой транзис тор 4 открывается, а полевой транэис тор 3 закрывается. Поскольку схема иивертора симметрична, работа во вто

870 ром полупериоде происходит анало

Гичн О.

Введение двух Ъ диодов и включение каждого иэ них между базой биполярного транзистора и стоком полевого транзистора, а также подключение перехода истоксток" полевого транзистора параллельно переходу «эмиттер-коллектор" биполярного транзистора обеспечивают включение биполярных транзисторов только при определенных значениях напряжения на пер вичной обмотке трансформатора, появляющихся при изменении сопротивления нагрузки в течение полупериоца. При атом управляющий ток базы биполярного транзистора, обеспечивающий его насыще- . ние, протекает только в течение части времени полупериода, что снижает потери в цепи управления биполярным транзистором. Кроме того, управляющий ток базы протекает через рабочее плечо первичной обмотки, следовательно, мощность, затраченная в цепи управления биполярным транзистором, увеличивает полезную мощность инвертора.

При смене полярности управляющего напряжения крутизна фронтов импульсов напряжения первичной обмотки трансформатора опрецеляется только временем переключения полевых транзисторов, которое мало по сравнению с временем переключения биполярного транзистора, следовательно, уменьшаются цополнительные потери мощности, обусловленные сквозными токами, Таким образом, снижение потерь мощности на транзисторах обеспечивает увеличение КПД инвертора

1032570

Составитель И. икитнн

Редактор H. Сташншина ТехредЖ.КастелевичЕорректор О Тигор

Заказ 5417/58 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4