Мостовой инвертор

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналисткческкх

Ресттублттк (п>855904 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 04.06.79 (21) 2774595/24-07 (51) М. Кл. с присоединением заявки М—

Н 02 М 7/537

Йаударетвеввй каатнтет

СССР вв двяам «эавйатеаяа в атхрнтвй (23) Приоритет—

Опубликовано 15.08.81. Бюллетень,аь 30

Дата онубликовання описания 15.08.81 (53) УДК 621.3!4. .58 (088.8) Ю. А. Руденко, Б. Н. Куликов, Д. Н. Давиденко и С. В. Солецкий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения в переменное посредством инверторов со ступенчатым регулированием выходного напряжения.

Известны мостовые инверторы со ступенчатым регулированием выходного напряжения, содержащие выходной трансформатор с первичной обмоткой, концы которой и отвод от промежуточной точки соединены с входными выводаьпт инвертора через управляемые ключи (1j

Однако в данном инверторе в процессе переключения. смежных ключей (транзисторов) возникает сквозной ток, приводящий к перегрузке транзисторов и снижению КПД.

Наиболее близким к изобретению является транзисторный инвертор с выходным траисфорМ матором, именнцим две первичные обмотки, в котором "сквозные" токи практически отсутствуют, за счет действия индуктивности рассеяния обмоток (2! .

Однако в таком инверторе к транзисторам приложено напряжение более, чем вдвое превышающее напряжение питания инвертора.

11ель изобретения — снижение напряжения на транзисторах н тем самым повышение надежности.

Цель достигается тем, что в мостовом инверторе, содержащем выходной трансформатор с двумя первичными обмотками, каждая иэ которых первым концом соединена через первый транзистор и диод с одним входным выводом инвертора и отводом через второй транзистор с тем же входным выводом инвертора, введены два дополнительных транзистора, соединяющих вторые концы обмоток с другим входным выводом иивертора и два диода, соеднняницие первые концы обмоток с другим входным выводом иивертора.

На чертеже схематически изображено устройство.

Инвертор содержит задающий генератор 1 с парафазным выходом, соединенный через блок 2 управления, подключенный к источнику управляющего напряжения U „, и преобразо3 85 ватели 3 и 4 уровня с шестью входами двухтактного усилителя 5 мощности на шести транзисторах с выходным трансформатором 6, имеющим две первичные обмотки. Начало первой обмотки 7 подключено через диод 8 к коллектору транзистора 9, через диод 10 к плюсовому входному выводу инвертора, ее отвод — к коллектору транзистора 11, а конец — к коллекЬ тору транзистора 12, который эмиттером подключен к тому же входному выводу, а базойк выходу преобразователя 3 уровня. Начало второй обмотки 13 подключено к коллектору транзистора 14, эмиттер которого соединен с плюсовым входным выводом, а база — с выхо дом преобразователя 4 уровня, отвод второй обмотки — к коллектору транзистора 15, а ее конец через диод 16 — к коллектору транзистора 17 и через диод 18 к плюсовому входному выводу. Эмиттеры транзисторов 9, I I, 15 и 17 подключены к минусовому входному выводу.

Инвертор работает следующим образом.

Сигнал с одного иэ парафаэных выходов задающего генератора 1 подключен к одному из входов блока 2 управления и ко входу преобразователя 3 уровня, а с друтого выхода генератора 1 — ко второму входу блока 2 управления и ко входу преобразователя 4 уровня. На третий вход схемы 2 управления поступает управляющее напряжение U „, величина которого изменяется, например, пропорционально изменению напряжения первичного источника питания О„или выходного напряжения инвертора. Сигналы с выходов схемы 2 управления и преобразователей 3 и 4 уровня лоступают на шесть входов усилителя 5 мощностн, выходной трансформатор 6 которого имеет две одинаковые первичные обмотки. Начало первой обмотки 7 может коммутироваться через диод 8 н открытый транзистор 9 на минусовой входной вывод, а с плюсовым входным выводом соединено через диод 10. Отвод данной обмотки через открытый транзистор 11 может соединяться с минусовым входным выводом, а конец ее через транзистор 12 — с плюсовым входным выводом, Первичная обмотка

13 может коммутироваться началом через транзистор 14 к плюсовому входному выводу, а к минусовому выводу — отводом через транзистор 15 и концом через диод 16 и транзистор 17. Диоды 18 и 10 служат для ограничения величины напряжения соответственно конца обмотки 13 и начала обмотки 7, за счет чего напряжение указанных точек относительно минусовой шины источника питания не может превышать величину питающего напряжения О„.

Блок 2 управления в зависимости от величины управляющего напряжения О может нахо5904

Зо

55 диться в одном из двух состояний: если величина напряжения О больше порога срабатывания блока 2 уйравлеиия, то данный блок закрывает транзисторы 11 í 15 и поочередно открывает транзисторы 9 и 17, коммутируя на их базы парафаэные сигналы задающего генератора 1; если величина напряжения О мень)%P. ше порога срабатывания, то блок 2 управления закрывает транзисторы 9 и 17 и поочередно открывает транзисторы 11 и 15, коммутируя на их базы парофаэные сигналы генератора 1, На базы транзисторов 12 и 14 парафазнъre сигналы генератора 1 соответственно через преобразователи 3 и 4 уровня поступают в любом режиме, независимо от состояния блока 2 управления, причем в первом состоянии транзистор 12 открывается и закрывается одновремен- . но с транзистором 9, транзистор 14 — с транзистором 17, а во втором состоянии транзистор 12 — с транзистором 11, транзистор 14— с транзистором 15, Преобразователи 3 и 4 уровня осуществляют привязку сигналов генератора 1 к потенциалу плюсовой шины источника нацряжения U, так как к этой шине подклюп чены эмиттеры транзисторов 12 и 14 р — n — ртипа проводимости, Управляющие сигналы, поступакнцие на базы транзисторов 9, 11, 15 и

17 и — р — n-типа проводимости, привязаны к потенциалу минусовой шины источника напряжения U„„подключенной к эмиттерам этих транзисторов.

Таким образом, пока выходное напряжение инвертора достаточно велико, напряжение сигнала управления U превышает порог срабаУпР. тывания блока 2 управления, транзисторы 11 и 15 закрыты, и в парно происходит переключение транзисторов 9, 12 и 17, 14, а значит к источнику напряжения О„поочередно подключаются первичные обмотки 7 и 13 трансформатора 6. Коэффициент трансформации из первичной во вторичную обмотки трансформатора

6 прн этом имеет минимальное значение. Первичные обмотки 7 и 13 трансформатора 6 имеют по две секции: основную, включенную между коллекторами транзисторов 11, 12 или 14, 15, и дополнительную, включенную соответственно между коллектором транзистора 11 и общей точкой диодов 8 и 10 или коллектором транзистора 15 и общей точкой диодов 16 и 18.

При уменьшении выходного напряжения инвертора до значения, когда величина напряжения

U становится меньше порога срабатывания

gBP ° блока 2 управления, транзисторы 9 и 17 закрываются и происходит пошрное переключение транзйсторов ll, 12 и 15, 14. Напряжение источника U в этом случае поочередно подклюП чается только на основные секции обмоток 7 и 13, что приводит к увеличению коэффициен855904 ь того транзистора 12 — величины О . „, „ = .= U + Š— U». Аналогично прй открытйх транзисторах 11 н 12 максимальные величины напряжещй между коллектором и змнттером закрытых транзисторов )7 и 14 равны соответственно где Е,), — величина ЭДС, наводимой в до. полнительной секции обмотки 13;

U» — падение напряжения на диоде 18.

При работе инвертора в режиме с минималь, ным коэффициентом трансформации выходного трансформатора 6 напряжение источника постоянного тока U> поочередно прикладывается к первичным обмоткам 7 н 13 и максимальные величины напряжений между коллектором и эмиттером закрытых транзисторов 9, 17, 12, 14, 11 и 15 равны соответственно

0 (х) о 7() "л

Величина напряжения между коллектором и эмиттером любого из закрытых транзисторов предлагаемого устройства значительно меньше, чем в известном. Указанная величина имеет максимальное значение при работе данного устройства в режиме с наибольшим коэффициентом трансформации из первичной во вторичную обмотки трансформатора 6, когда транзисторы

9 и 17 закрыты, а попарно и поочередно открываются транзисторы l l, 12 и 15, 14. Рассмотрим, например, режим работы устройства, когда закрыты транзисторы 9, ) l, 12 и )7 н открыты транзисторы 14 и 15. Напряжение источника питания постоянного. тока О„в этом случае приложено к основной секции обмотки )3, подключенной к- коллекторам транзисторов 14 и 15 (падением напряжения на открытых транзисторах здесь и в дальнейшем можно пренебречь, так как эти величины много меньше напряжения источника питания U„), причем "плюсом" к началу обмотки 13, а "минусом" — к ее отводу. В дополнительной секции обмотки 13 наводится ЭДС, приложенная

"минусом" к концу обмотки 13. Диод 16 препятствует возникновению режима короткого замыкания дополнительной секции обмотки 13 через открытые переходы транзисторов 15 н 17

В первичной обмотке 7 наводится ЭДС Е7 = 4О

"- Ее + Eg7,, где Eg7 — ЭДС дополнительной секции.

При равенстве обмоточных данных обмоток 7 н 13 обеспечивается равенство Eo = Ол Чис45 ло витков дополнительной секции, а следовател но, и величина Ез, определяются пределами требуемого изменения выходного напряжения инвертора. На практике величина Е не превышает 10 — 15% величину Ео. Наводимая s этом случае ЭДС Е приложена "плюсом" к началу обмотки 7, "минусом" — к ее концу. Напряжение начала обмотки 7 относительно минусовой шины источника напряжения О„не может . быть больше величины, равной сумме напряжения О„и падения напряжения Ою на диоде 10.

Вследствие этого напряжение между коллектором и эмиттером закрытого транзистора 9 не превышает величины Охэ, < „1 = О,, а эакрыU

) э12(маг,) =(„-) )

) э 4 (и ах) л 4й у

=U -0

Кэ И1С)х> - 7 >

К315 (ма х) и 4Р3.

Таким образом, максимальная величина напряжения между коллектором и эмиттером любого иэ закрытых транзисторов превышает величину напряжения первичного источника питания Ол на величину не более ЭДС, наводимой s дополнительной секции первичной обмотки 7 или 13. Следовательно, величина подаваемого на предлагаемое устройство напряжения первичного источника питания U, может достигать значения

0 =(08 —:09

)) тiаХ - 8 91UK9max где О), „— максимально допустимая для прйменяемого типа транзисторов величина напряжения между коллектором и эмнттером.

Формула изобреråíèÿ

Мостовой инвертор со ступенчатым регулировыи ем выходного напряжения, содержицнй выходной трансформатор с двумя первичкымн обмотками, каждая иэ которых первым концом подключена к первому входному выводу инвертора через последовательно соединенные первый диод н первый транзистор, а отводом от промежуточной точки соединена с первым та трансформщии из первичной во вторичную обмотки трансформатора 6, а значит и к увели чению выходного напряжения инвертора. Таким образом, при изменении напряжения сигнала управления О „„, зависятцего от выходного напряжения иивертора, в ту или другую сторону от величины порога срабатывания блока 2 управления происходи изменение коэффициента транс- UK311 „ох) =).))), 0 3 )4)т) ) = )л Е ) -0® формации выходного трансформатора 6, что обеспечивает стабилизацию выходного напряже- ) 0 ния вторичного источника напряжения.

ВНИИПИ Заказ 6960/81 Тираж 730 Подписное

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

7 855904 входным выводом инвертора через второй транзистор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения напряжения, приложенного к транзисторам, введены два дополнительных транзистора, каждый иэ которых включен между вторым концом укаэанной первичной обмотки и вторым входным выводом, и два диода, включенных, каждый между первым концом указанной пер8 вичной обмотки и вторым входным выводом, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l Авторское свидетельство СССР М 280629, кл. Н 02 М 7/48, 1970.

2. Вересов Г. П. и др. Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры. М., "Энергия", 1978. с, 174, рис, 6-32.