Транзисторный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией

 

Союз Советских

Социалистических

Республнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02:09,76 (21) 2403289 24-07 (51) М. Кл

Н 02 М 7/537 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР оо делам нзооретакнй н открытнй (53) УДК 621.314. .58 (088.8) Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05.79. (72) Авторы изобретения

В. В. Авдеев, А. П. Пакидов и В. Ф. Худяков

Ленинградский институт авиационного приборостроения (71) Заявитель (54) ТРАНЗИСТОРНЬ(Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ШИРОТНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕИ (ШИМ) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен инвертор, на выходе которого модуляция импульсного напряжения осуществляется за счет управляющего ШИМсигнала на входе переключающих - элементов (транзисторов или управляемых вентилей) (1) .

Недостатком известного устройства является отсутствие запирающего напряжения при выключении транзисторов, что приводит к увеличению длительности фронтов переключения (снижению КПД) и углов коммутации (ограничивает увеличение частоты инвертирования) из-за значительного времени рассасывания неосновных носителей заряда в базовой области.

Известен статический преобразователь постоянного напряжения, в котором регулирование выходного напряжения осуществляется за счет изменения фазового сдвига 2О между прямоугольными напряжениями, снимаемыми с двух усилителей мощности, (2).

Недостатки известного устройства объясняются наличием дополнительного силового канала, что приводит к усложнению схемы преобразователя, снижению его надежности, а наличие двух силовых трансформаторов снижает КПД и увеличивает вес и габариты всего устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является регулируемый транзисторный инвертор, позволяющий осуществлять широтно:импульсную модуляцию выходного напряжения с помощью одного усилителя мощности (3) .

Устройство включ, в себя ведущий и ведомый генераторы с трансформаторами и обмотками управления, двухтактный усилитель мощности на силовых транзисторах с ограниченными резисторами и трансформатором, трансформаторы тока и источники смешения, обмотки отпирания трансформатора ведомого генератора с форсирующими цепями, обмотки запирания трансформатора ведущего генератора с разделительными диодами, управляющие транзисторы, базовые резисторы и нагрузку.

Недостатками инвертора являются сложность схемной реализации, снижающая надежность устройства, пониженный КПД и

661700

3 ="ограниченные возможности повышения чаг.тоты преобразования.

Сложность схемы обусловлена необходимостью использования в цепях управления дополнительных источников смещения, трансформаторов тока и управляющих транзисторов. Наличие дополнительных элементов в цепях управления силовых транзисторов приводит к увеличению потерь мощности и снижению КПД устройства.

Значительная величина суммарного времейи выключения управляющих и силовых транзисторов ограничивает повышение частоты инвертирования в предлагаемом устройстве.

Цель изобретения — упрощение схемы, повышение надежности и КПД, а также уменьшение времени выключения транзисторов усилителя мощности, необходимое для повышения частоты инвертирования.

Для этого транзисторный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией, содержащий ведущий и ведомый генераторы с трансформаторами, обмотки у йравления которых соединены посл едбвател ь но-с огл асиоо, двухтактный усилитель мощности с силовыми транзисторами, а также ограничительные резисторы, причем обмотки управления одного из генераторов включены параллельно управляющим переходам силовых транзисторов через разделительные диоды, связанные с управляющими электрода ми тех же транзисторов, снабжен допо.тнительнь1ми пропускающими диодами, каждый йз которых включен параллельно соответствующему разделительному диоду через бграйичительный резистор и обмотку управления другого генератора.

Такое включение позволяет упростить схему управления силовыми транзисторами, ул9чшить условия их выключенйя и увеличить КПД преобразователя при-расширении диапазона и увеличении частоты переключения.

На чертеже изображен предлагаемый транзисторный преобразователь, принципиальная схема.

Он содержит ведущий генератор 1, ведомый генератор 2, трансформаторы 3, 4 генераторов, первичные обмотки 5, 6 трансформаторов генераторов, обмотки 7 — 10 управления трансформаторов генераторов, ко= = торые попарно соедйнены последбвательносогласно, силовые транзисторы 11, 12 усилителя мощности, трансформатор 13 усилителя мощности, коллекторные обмотки 14, 15 трансформатора усилителя мощности, выходную обмотку 16 трансформатора усилителя мощности, нагрузку 17, ограничительные резисторы 18, 19, пропускающие диоды 20, 21, разделительные диоды 22, 23, причем обмотки управления 9, 10 ведомого генератора 2 включены параллельно управляющим переходам силовых транзисторов

11, 12, а обмотки управления 7, 8 ведущего генератора через ограничительные резисторы 18, 19 и пропускающие диоды 20, 21 параллельно разделительным диодам 22, 23.

Работу схемы рассмотрим с момента вре5 мени, когда силовой транзистор 11 открыт, а транзистор 12 закрыт. Отпирающий базовый ток в транзисторе 11 протекает под действием суммарного напряжения, снимаемого с обмоток 7, 9. Диод 20 проводит ток, а разделительный диод 22 закрыт напряжением с обмотки 9. При изменении полярности напряжения на трансформаторе 4 ведомого генератора 2 к транзистору 11 прикладывается запирающее напряжение через диод 22 и происходит интенсивное рассасывание избыточных носителей заряда из его базы. В это время отпирающий базовый ток транзистора 11 равен нулю при пулевом суммарном управляющем напряжении. Выключением силового тра нзистора формируется интервал паузы в выходном

20 напряжении усилителя мощности.

Отпирание транзистора 12 не произойдет до тех пор, пока не изменится полярность сигнала на выходе ведущего генератора 1 из-за отсекающего действия разделительного диода 23. При появлении отпирающего сигнала на базе транзистора 12 диод 21 открывается; и транзистор начинает проводить ток, который трансформируется в нагрузку 17 через трансформатор 13.

З0 Далее процессы повторяются аналогично, причем управление открытым транзистором осуществляется источником тока, а запирание происходит от источника напряжения. Это "значительно улучш ает условия коммутации силовых транзисторов, снижает

35 величину времени рассасывания избыточных носителей заряда и создает возможность для повышения частоты инвертирования при высоком КПД.

Регулируя фазовый сдвиг между сигналами, поступающими с трансформаторов ве40 дущего и ведомого генераторов, можно изменять действующее значение напряжения на нагрузки.

Транзисторный преобразователь с ШИМ может быть выполнен по мостовой, несим45 метричной мостовой и другим известным схемам преобразования, как однофазным, так и многофазным, причем в качестве запираюпХего источника в цепи разделительных диодов могут использоваться обмотки любого из генераторов с соблюдением необходимой фазировки.

Изобретение позволяет повысить рабочую частоту преобразования в 8 — 10 раз с КПД до 90% при значительном упрощении схемы и снижении габаритов устройства

55 более чем в 5 раз.

Формула изобретения

Транзисторный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией, содержащий

661700

20

Составитель И. Никитин

Редактор Ю. Челюканов Техред О. Луговая Корректор Н. Стец

Заказ 2504 60 Тираж 856 Подписное

ЦН ИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г, Ужгород, ул. Проектная, 4

5 ведущий и ведомый генераторы с трансформаторами, обмотки управления которых соединены последовательно-согласно, а также двухтактный усилитель мощности с силовыми транзисторами и ограничительны- 5 ми резисторами, причем обмотки управления одного из генераторов включены параллельно управляющим переходам силовых транзисторов через разделительные диоды, связанные с управляющими электродами тех же транзисторов, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, преобразователь снабжен дополнительными пропускающими диодами, каждый из которых включен параллельно соответствующему разделительному диоду через ограничитель- 15

6 ный резистор и обмотку управления другого генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3715649, кл. Н 02 М 7/537, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 140883, кл. 21 d 12/03 — 04, 1961.

3. Отчет о направлении исследовательских работ. Часть 2. «Разработка и исследование преобразователей постоянного тока в трехфазный переменный ток» (промежуточный отчет) . 1 ос. рег. У 22/25, и, в. № à †338 Б 472389, М., МЭИ, 1975, с. 39.