Самовозбуждающийся двухтактный инвертор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения динамических потерь мощности в силовых транзисторах. В полумостовом самовозбуждающемся инверторе силовые транзисторы 11, 12 переключаются при насыщении времязадающего дросселя 10. При выключении силового транзистора .фронт нарастания приложенного к нему напряжения увеличивается благодаря заряду коммутирующих конденсаторов 15, 16. Резистивные датчики тока 25, 26 с помощью коммутирующих транзисторов 21, 22 обеспечивают симм_етрирование полупериодов выходного напряжения инвертора и защиту от всплесков тока коллектора силовых транзисторов 11, 12. Вспомогательные транзисторы 31-34 и компенсирующие диоды 43. 44 обеспечивают автоматическое регулирование глубины насыщения силовых транзисторов 11, 12. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4616640/07 (22) 07.12.88 (46) 15.02.92. Бюл. N. 6 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) М.В,Семенов, Ю.Е.Семенов и Ю,Р.Фролов (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1173510, кл. Н 02 М 7/538, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1427531, кл. Н 02 М 7/538, 1988. (54) САМОВОЗБУЖДАЮЩИЙСЯ ДВУХТАКTHblA ИНВЕРТОР (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения — повышение надежности путем уменьИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Известны полумостовые инверторы, в которых с помощью RCD-цепей формируется режим безопасного переключения силовых транзисторов.

Недостатком этого устройства является наличие в формирующих RCD-цепях резисторов, снижающих надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является самовозбуждающийся инвертор, содержащий выходной трансформатор с первичной обмоткой, вторичной обмоткой, обмотками положительной и отрицательной обратной связи, два транзисторных ключа, каждый из. Ы,, 1713063 А1 (51)5 Н 02 М 7/5383 шения динамических потерь мощности в силовых транзисторах, В полумостовом самовозбуждающемся инверторе силовые транзисторы 11, 12 переключаются при насыщении времязадающего дросселя 10. При .выключении силового транзистора. фронт нарастания приложенного к нему напряжения увеличивается благодаря заряду коммутирующих конденсаторов 15, 16.

Резистивные датчики тока 25, 26 с помощью коммутирующих транзисторов 21, 22 обеспечивают симметрирование полупериодов выходного напряжения инвертора и защиту от всплесков тока коллектора силовых транзисторов 11, 12. Вспомогательные транзисторы 31 — 34 и компенсирующие диоды 43, 44 обеспечивают автоматическое регулирование глубины насыщения силовых транзисторов 11, 12. 1 з,п, ф-лы, 1 ил. которых состоит из силового транзистора, шунтированного обратным диодом, дополнительного транзистора, первого и втдрого вспомогательных транзисторов, первого и второго измерительных резисторов, коммутирующего транзистора, база которого через первый ограничительный резистор соединена с времязадающим дросселем, и компенсирующего диода, анод которого соединен с,базой дополнительного транзистора, а катод с коллектором силового транзистора, и параллельного резонансного контура, состоящего из конденсатора и дросселя, шунтированного резистором. Наличие дополнительного и вспомогательных транзисторов с измерительными резисторами и компенсирующегодиода повышает на1713063 дежность инвертора эа счет уменьшения динамических потерь мощности в силовых транзисторах путем уменьшения времени их выключения, достигаемого уменьшением коэффициента насыщения с помощью регулирования дополнительным и вспомогательным транзисторами тока базы силового транзистора в функции тока его коллектора, Однако в данной схеме инвертора к силовым транзисторам прикладывается двойное напряжение питания, на которое дополнительно накладываются возникающие в ин дуктивностях рассеяния силового трансформатора коммутационные всплески перенапряжений, что приводит к увеличению динамической мощности, рассеиваемой силовыми транзисторами, и, соответственно, к снижению надежности.

Целью изобретения является повышение надежности инвертора путем уменьшения динамических потерь мощности в силовых транзисторах.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый транзисторный ключ самовозбуждающегося двухтактного - инвертора напряжения, содержащего выходной трансформатор с первичной обмоткой, вторичной обмоткой и двумя обмотками отрицательной обратной связи, времязадающий дроссель и два транзисторных ключа, каждый из которых состоит из силового транзистора, шунтированного обратным диодом, дополнительного транзистора, первого и второго вспомогательных транзисторов, первого и второго измерительных резисторов, коммутирующего транзистора, база которого через первый ограничительный резистор соединена с первым выводом обмотки времязадающего дросселя, и компенсирующего диода, включенного между базой дополнительного транзистора и коллектором силового транзистора, введены выпрямительный диод, фильтрующий конденсатор, диод положительной обратной связи, первый и второй резисторы обратной связи, резистивный датчик тока, второй ограничительный резистор и коммутирующий конденсатор, причем транзисторные ключи и первичная обмотка выходного трансформатора соединены по гголумостовой схеме, времязадающий дроссель выполнен двухобмоточным, каждая его обмотка вторым выводом через соответствующую обмотку отрицательной обратной связи выходного трансформатора соединена с общей точкой транзисторного ключа, коммутирующий конденсатор включен параллельно силовому транзистору, в цепь эмиттера силового транзистора включен резистивный датчик тока, соединенный через второй ограничительный резистор с базой коммутирующего транзистора, выпрямительный диод первым выводом соединен со вторым выводом обмотки времязадающего

5 дросселя, а вторым выводом с общей точкой транзисторного ключа через фильтрующий конденсатор и с эмиттером второго вспомогательного транзистора, коллектор и база которого соединены соответственно с базой

10 и эмиттером первого вспомогательного транзистора, между базой и эмиттером второго вспомогательного транзистора включены последовательно соединенные первый и второй измерительные резисторы, 15 точка соединения между собой которых соединена с коллектором дополнительного транзистора, подключенного эмиттером к базе силового транзистора и базой — к коллектору коммутирующего транзистора и к

20 коллектору первого вспомогательного транзистора, первый резистор обратной связи включен параллельно второму вспомогательному транзистору, коллектор которого через последовательно соединенные вто25 рой резистор обратной связи и диод положительной обратной связи соединен с коллектором силового транзистора. Кроме того, база дополнительного транзистора и база силового транзистора соединены че30, рез введенные соответственно первый и второй запирающие резисторы с общей точкой транзисторного ключа.

На чертеже приведена электрическая схема инвертора.

35 Инвертор напряжения содержит выходной трансформатор 1 с первичной обмоткой

2, обмотками отрицательной обратной связи 3, 4 и вторичной обмоткой 5, емкостный делитель напряжения, состоящий из кон40 денсаторов 6, 7, крайние точки которого соединены с клеммами 8, 9 источника питания, двухобмоточный времязадающий дроссель 10 и два транзисторных ключа, силовые транзисторы 11, 12 которых шунтиро45 ваны обратными диодами 13, 14 и коммутирующими конденсаторами 15, 16, Первичная обмотка 2 выходного трансформатора 1 включена между средней точкой емкостного делителя напряжения на кон-

50 денсаторах 6, 7 и точкой соединения общей точки первого транзисторного ключа на силовом транзисторе 11, коллектор которого соединен с выводом 8 источника питания, и коллектора силового транзистора 12 второ55 ro транзисторного ключа, общая точка которого соединена,с выводом 9 источника, питания. Обмотки отрицательной обратной связи 3, 4 соединены одними разноименными выводами с общей точкой одного из транзисторных ключей, а вторыми с анодами

1713063

25, 26, введенные в цепи эмиттеров силовых транзисторов 11, 12; Эмиттеры коммутиру- 1,0

20

30

45

55 выпрямительных диодов 17, 18 и одной из обмоток двухобмоточного времязадающего дросселя 10, включенных встречно, которые через первые ограничительные резисторы

19, 20 подключены к базам коммутирующих транзисторов 21, 22, к которым через вторые ограничительные резисторы 23, 24 также подключены резистивные датчики- тока ющих транзисторов 21, 22 подключены к общим точкам транзисторных ключей, а коллекторы к базам дополнительных транзисторов 27, 28. Катоды выпрямительных диодов 17, 18 соединены с первыми выводами фильтрующих конденсаторов 29, 30, вторые выводы которых соединены с общими точками транзисторных ключей и эмиттерами вторых вспомогательных транзисторов

31, 32, коллекторы которых соединены с базами, а базы — с эмиттерами первых вспомогательных транзисторов 33, 34. Между эмиттерами первых вспомогательных транзисторов 33, 34 и катодами выпрямительных диодов 17, 18 последовательно включены первые 35, 36 и вторые 37, 38 измерительные резисторы, к точке соединения которых подключены коллекторы дополнительных транзисторов 27, 28, базы которых соединены с коллекторами первых вспомогательных транзисторов 33, 34 и через первые запирающие резисторы 39, 40 с общими точками транзисторных ключей, а эмиттеры — с базами силовых транзисторов

11, 12, соединенными через вторые запирающие резисторы 41, 42 с общими точками транзисторных ключей. К коллекторам силовых транзисторов 11, 12 подключены катоды компенсирующих диодов 43, 44, аноды которых подключены к базам дополнительныхх транзисторов 27, 28,и катоды диодов 45, 46 положительной обратной связи. Первые резисторы 47, 48 обратной связи включены параллельно вторым вспомогательным транзисторам 31, 32, между коллекторами которых и анодами диодов 45, 46 включены резисторы 49, 50 обратной связи. В ыходное напряжение снимается с обмотки 5 выходного трансформатора 1, Инвертор работает следующим образом.

Предположим, что открыт силовой транзистор 12. К первичной обмотке 2 трансформатора 1 приложено напряжение, равное половине напряжения источника питания.

Под действием напряжения с обмотки 4 отрицательной обратной связи на конденсаторе 30 через диод 18 поддерживается постоянное положительное напряжение.

Так как напряжение на коллекторе открытого транзистора 12 меньше напряжения на конденсаторе 30,диод 46 положительной обратной связи открыт и, следовательно, открыты транзисторы 32, 34, 28, которые вместе с резисторами 36 и 38 и диодом 44 образуют цепь отрицательной обратной связи, которая поддерживает входной ток транзистора 12 таким, чтобы независимо от тока коллектора удерживать его на границе насыщения, что позволяет сделать минимальным время его выключения. Под действием напряжения с, обмотки 4 времязадающий дроссель 10 перемагничивается и, когда он насытится, напряжение с обмотки 4 через первый ограничительный резистор,20 приложится к базе коммутирующего транзистора 22. Так как напряжение после насыщающегося времязадающего дросселя имеет линейно нарастающий фронт, момент включения коммутирующего транзистора 22 будет, кроме того, определяться напряжением с резистивного датчика тока 26, поступающим через второй

- ограничительный резистор 24, и играющим роль начального смещения для транзистора

22. Через открывшийся транзистор 22 база дополнительного транзистора 28 подключается к общей точке транзисторного ключа, транзистор 28 начинает закрываться и уменьшает ток базы силового транзистора

12, который тоже начинает закрываться. Напряжение на коллекторе закрывающегося транзистора 12 растет и, когда оно превысит напряжение на фильтрующем конденсаторе 29, закроется диод 46, а значит и транзисторы 32, 34, что вызовет закрывание транзисторов 28, 12, Наличие в.схеме запирающих резисторов 40, 42 форсирует процесс выключения транзисторов 28, 12.

0 Транзистор 12 закрывается, при этом скорость нарастания напряжения на его коллекторе ограничена коммутирующим конденсатором 16, который под действием тока, накопленного в индуктивности намагничивания выходного трансформатора 1, заряжается до величины напряжения источника питания. Напряжение на конденсаторе 15, а значит, и на коллекторе транзистора

11, при этом падает. Когда оно станет меньше напряжения на конденсаторе 29, откроется диод 45 положительной обратной связи и, следовательно, транзисторы 33, 31, 27, которые откроют транзистор 11 и будут стабилизировать его входной ток так, чтобы поддерживать его на границе насыщения независимо от тока коллектора. Напряжение с обмотки 3 отрицательной обратной связи будет перемагничивать времязадаю, щий дроссель 10 в обратном направлении и процесс полностью повторится. Если вслед1713063

8 ствие каких-либо несимметрий схемы или внешних воздействий появится одностороннее подмагничивание выходного трансформатора 1, то станут разными амплитуды токов через транзисторы 11 и 12, а значит, и величины напряжений, поступающих с резистивных датчиков тока 25 и 26, в результате чего начальные смещения транзисторов 21, 22 будут неодинаковыми, а следовательно, неодинаковым будет время включенного состояния транзисторов 11 и 12, причем длительность проводящего состояния транзистора, ток через который усиливает подмагничивание, будет меньшей и наоборот, за счет чего подмагничивание будет устранено.

Таким образом в предлагаемом устройстве коммутирующие конденсаторы формируют фронт напряжения на коллекторе транзистора при выключении, диоды положительной обратной связи с резистивными делителями позволяют ключу включаться только при небольших напряжениях на коллекторе, а коммутирующие транзисторы, двухобмоточ н ый время задающий дроссел ь и резистивные датчики тока устраняют несимметрии в работе инвертора, что приводит к уменьшению динамических потерь, выделяемых на силовых транзисторах инвертора и, соответственно, повышению надежности. Введение запирающих резисторов уменьшает время выключения дополнительного и силового транзисторов, за счет чего уменьшаются динамические потери на них и также повышается надежность.

Следует также отметить, что, при соответствующем выборе параметров, возможно срабатывание коммутирующего транзистора, т.е. выключение силового транзистора по сигналу только с резистивного датчика тока, что позволяет защитить силовые транзисторы от перегрузок по коллекторному току и, таким образом, тоже повышает надежность инвертора, Формула изобретения

1. Самовозбуждающийся двухтактный инвертор, содержащий выходной трансформатор с первичной обмоткой, вторичной обмоткой и двумя обмотками отрицательной обратной связи, времязадающий дроссель и два транзисторных ключа, каждый из которых состоит из силового транзистора, шунтированного обратным диодом, дополнительного транзистора, первого и второго вс помо гател ьн ых транзисторов, первого и второго измерительных резисторов, коммутирующего транзистора, база которого через первый ограничительный резистор соединена с первым выводом обмотки времяэадающего дросселя и компенсирующего диода, включенного между базой дополнительного транзистора и коллектором силового транзистора, отличающийся

5 тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения динамических потерь мощности в силовых транзисторах, в каждый транзисторный ключ введены выпрямительный диод, фильтрующий конденсатор, 10 диод положительной. обратной связи, первый и второй резисторы обратной связи, резистивный датчик тока, второй ограничительный резистор и коммутирующий конденсатор, причем транзисторные ключи и

15 первичная обмотка выходного трансформатора соединены по полумостовой схеме, времязадающий дроссель -выполнен двухобмоточным, каждая его обмотка вторым выводом через соответствующую обмотку

20 отрицательной обратной связи выходного трансформатора соединена с общей точкой транзисторного ключа, коммутирующий конденсатор включен параллельно силовому транзистору, в цепь эмиттера силового

25 транзистора включен резистивный датчик тока, соединенный через второй.ограничительный резистор с базой коммутирующего транзистора, выпрямительный диод первым выводом соединен со вторым выводом об30 мотки времязадающего дросселя, а вторым выводом — с общей точкой транзисторного ключа через фильтрующий конденсатор и с эмиттером второго вспомогательного транзистора, коллектор и база которого соедине35 ны соответственно с базой и эмиттером первого вспомогательного транзистора, между базой и эмиттером второго вспомогательного транзистора включены последовательно соединенные первый и второй

40 измерительные резисторы, точка соединения между собой которых соединена с коллектором дополнительного транзистора, подключенного эмиттером к базе силового транзистора и базой — к коллектору комму45 тирующего транзистора и к коллектору первого вспомогательного транзистора, первый резистор обратной связи включен параллельно второму вспомогательному транзистору, коллектор которого через по50 следовательно соединенные второй резистор обратной связи и диод положительной обратной связи соединен с коллектором силового транзистора.

2. Инвертор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й55 с я тем, что база дополнительного транзистора и база силового транзистора соединены через введенные соответственно первый и второй запирающий резисторы с общей точкой транзисторного ключа.

1713063

Составитель В.Моин

Редактор Н.Каменская Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101