SU1718347A1 - Two-step stabilizing inverter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может использоватьс  в устройствах преобразовани  электрической энергии. Цель изобретени  - упрощение устройства и повышение его надежности. Инвертор со- держиттрансформатор 1, конденсатор 3, силовые транзисторы 4 и 5, эмиттерный выключатель 6, датчик 7 пр мого тока, ограничители 10 и 11 напр жени , резистор 12, обмотку 13 обратной св зи, компаратор 14, резистор 15 начального запуска. Введены конденсатор 16 и резистор 17. Введение элементов 16 и 17 и изменение функциональных св зей позвол ет упростить управ- ление инвертором, отказатьс  от дополнительных источников питани  и тем самым повысить надежность инвертора. 1 ил.This invention relates to electrical engineering and can be used in electrical energy conversion devices. The purpose of the invention is to simplify the device and increase its reliability. The inverter contains a transformer 1, a capacitor 3, power transistors 4 and 5, an emitter switch 6, a forward current sensor 7, a voltage limiter 10 and 11, a resistor 12, a feedback winding 13, a comparator 14, a start-up resistor 15. A capacitor 16 and a resistor 17 are introduced. The introduction of elements 16 and 17 and a change in the functional connections allows to simplify the control of the inverter, reject additional power sources and thereby increase the reliability of the inverter. 1 il.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах преобразования электрической энергии.The invention relates to electrical engineering and may find application in devices for converting electrical energy.

Известен двухтактный стабилизирующий инвертор, включающий силовой трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с дросселем переменного тока, силовые управляемые ключи, датчик прямого тока инвертора, обмотку положительной обратной связи (ПОС), обеспечивающую периодическое и поочередное отпирание ключей, и блок запрета проводящего состояния ключей, соединенный с выходом компаратора, входы которого подключены к источнику опорного напряжения и выходу датчика прямого тока. В этом инверторе не предусмотрены меры, направленные на запрет проводящего состояния ключей на время изменения напряжения между силовыми электродами ключей (на время коммутации).A push-pull stabilizing inverter is known, including a power transformer, the primary winding of which is connected in series with an AC inductor, power controlled keys, an inverter direct current sensor, a positive feedback winding (POS), which provides periodic and alternate unlocking of the keys, and a block of prohibition of the conductive state of the keys, connected to the output of the comparator, the inputs of which are connected to the reference voltage source and the output of the direct current sensor. This inverter does not provide measures aimed at prohibiting the conductive state of the keys for the duration of the voltage change between the power electrodes of the keys (for the time of switching).

Это приводит к снижению помехоустойчивости и надежности инвертора.This leads to a decrease in noise immunity and reliability of the inverter.

Наиболее близким к изобретению является двухтактный стабилизирующий инвертор, включающий силовой трансформатор с рассеянием, первичная обмотка которого, шунтированная конденсатором, соединена через силовые ключи и датчик прямого тока инвертора с питающими шинами, а управляющие электроды ключей подключены к блоку запрета их проводящего состояния непосредственно и через токозадающие резисторы к обмотке ПОС, концы которой через выпрямитель подключены к общей шине инвертора, компаратор, один из входов которого подключен к истсчнику опорного напряжения, а другой - к выходу датчика прямого тока. Этот инвертор снабжен датчиком инверсного тока, включенным в его питающую цепь, и цепью ПОС, первый вход и первый выход которой подключены между выходом и соответствующим входом компаратора, а второй выход подключен к входу блока запрета проводящего состояния ключей, конденсатором питания цепи ПОС, подключенным через второй выпрямитель к обмотке ПОС трансформатора, и формирователем импульса сброса, вход которого подключен к датчику обратного тока, а выход соединен с вторым входом цепи ПОС. Цепь ПОС содержит два резистора, диод и эмиттерный повторитель. Блок запрета проводящего состояния силовых транзисторов может быть выполнен в виде эмиттерного выключателя, размыкающего цепь эмиттеров высоковольтных силовых транзисторов на время коммутации. На это время ограничение потенциала базовых выводов осуществляется ограничителями, например стабилитронами или цепочкой последовательно соединенных диодов.Closest to the invention is a push-pull stabilizing inverter, including a power transformer with dispersion, the primary winding of which is shunted by a capacitor, connected through power switches and a direct current sensor of the inverter to the supply buses, and the control electrodes of the keys are connected directly to the block prohibiting their conductive state and through current-setting resistors to the PIC winding, the ends of which through the rectifier are connected to the common bus of the inverter, a comparator, one of the inputs of which is connected to the source voltage, and the other to the output of the forward current sensor. This inverter is equipped with an inverse current sensor included in its supply circuit and a PIC circuit, the first input and the first output of which are connected between the output and the corresponding input of the comparator, and the second output is connected to the input of the block of the blocking state of the keys, the capacitor of the PIC circuit connected through a second rectifier to the PIC winding of the transformer, and a reset pulse shaper, the input of which is connected to the reverse current sensor, and the output is connected to the second input of the PIC circuit. The PIC circuit contains two resistors, a diode and an emitter follower. The block prohibiting the conductive state of power transistors can be made in the form of an emitter switch, opening the circuit of the emitters of high voltage power transistors for the duration of the switching. At this time, the limitation of the potential of the basic conclusions is carried out by limiters, for example, zener diodes or a chain of diodes connected in series.

К недостаткам инвертора относится сложность, связанная с наличием датчика инверсного тока, формирователя импульса сброса и многоэлементной цепи ПОС, имеющей дополнительный источник питания с конденсатором, подключенным через выпрямитель к обмотке ПОС. Сложность указанного инвертора снижает его надежность.The inverter’s disadvantages include the complexity associated with the presence of an inverse current sensor, a reset pulse shaper, and a PIC multi-element circuit, which has an additional power source with a capacitor connected through the rectifier to the POS winding. The complexity of the specified inverter reduces its reliability.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.The purpose of the invention is to simplify the device and increase its reliability.

Обратный ток образуется при выводе энергии, накопленный в индуктивности рассеяния силового трансформатора инвертора, которая частично возвращается в источник питания, а частично поступает в нагрузку. При протекании этого тока энергия от внешнего источника питания не потребляется. Направление протекания обратного тока противоположно направлению протекания прямого тока инвертора.The reverse current is generated during the energy output, accumulated in the dissipation inductance of the inverter power transformer, which partially returns to the power source, and partially enters the load. When this current flows, energy from an external power source is not consumed. The direction of the reverse current flow is opposite to the direction of the forward current flow of the inverter.

На чертеже показана схема двухтактного стабилизирующего инвертора.The drawing shows a diagram of a push-pull stabilizing inverter.

Двухтактный стабилизирующий инвертор содержит трансформатор 1 с рассеянием, имеющий первичную обмотку, образованную двумя полуобмотками 2 со средней точкой, шунтированную конденсатором 3. Первичная обмотка через силовые транзисторы 4 и 5, эмиттерный выключатель 6 и датчик 7 прямого тока соединена с питающими шинами 8 и 9 инвертора. Базы силовых транзисторов 4 и 5 подсоединены к ограничителям 10 и 11 напряжения, а также через резистор 12 к обмотке 13 положительной обратной связи (ПОС) трансформатораThe push-pull stabilizing inverter contains a scattering transformer 1 having a primary winding formed by two half-windings 2 with a midpoint shunted by a capacitor 3. The primary winding is connected through power transistors 4 and 5, an emitter switch 6 and a direct current sensor 7 to the inverter supply buses 8 and 9 . The base of power transistors 4 and 5 are connected to voltage limiters 10 and 11, and also through a resistor 12 to the transformer positive feedback winding 13 of the transformer

1. Инвертор содержит компаратор 14 и резистор 15 первоначального пуска. Инвертор снабжен конденсатором 16 и резистором 17, общая точка которых подключена к второму входу компаратора 14, первый вход которого подключен к шине 18 опорного напряжения.1. The inverter comprises a comparator 14 and an initial start-up resistor 15. The inverter is equipped with a capacitor 16 and a resistor 17, the common point of which is connected to the second input of the comparator 14, the first input of which is connected to the voltage reference bus 18.

Инвертор работает следующим образом.The inverter operates as follows.

При поступлении питающего напряжения компаратор 14 устанавливается в состояние высокого выходного уровня (1), эмиттерный выключатель 6 открывается. Через резистор 15 подается сигнал на открывание транзистора 4, который затем за счет обмотки 13 ПОС входит в насыщение. Ток через транзистор 4 начинает линейно нарастать, одновременно нарастает ток в силовой цепи инвертора, протекающий через датчик 7 прямого тока. При достижении порога срабатывания компаратор 14 переводит в состояние низкого выходного уров ня (О), при этом эмиттерный выключатель 6 закрывается и размыкает эмиттерные цепи транзисторов 4 и 5. Ток транзистора 4 замыкается теперь через его базовую цепь, потенциал базы ограничивается на допустимом уровне при помощи ограничителя 10 напряжения. При протекании тока в цепи базы потенциал эмиттеров равен сумме напряжений на обратном сопротивлении перехода эмиттер - база транзистора 4 и на ограничителе 10 (выполненного, например, в виде стабилитрона). После окончания протекания коллекторного тока ограничителем 10 ограничивают напряжение на базе транзистора 4, поступающее от обмотки 13 ПОС трансформатора, на время первой половины коммутационного процесса (изменения напряжения на коллекторах при закрывании транзистора 4 и подготовке к открыванию транзистора 5). После изменения полярности напряжения на обмотке 13 ограничитель 11 ограничивает напряжение на базе транзистора 5. На объединениях эмиттерах транзисторов 4 и 5 при этом существует напряжение, меньше базового на прямое падение на переходе база-эмиттер. Таким образом, при достижении сигналом с датчика 7 прямого тока порога срабатывания компаратора 14 и закрывания эмиттерного выключателя 6, на общей точке эмиттеров транзисторов 4 и 5 существует положительное напряжение. Это напряжение при помощи введенного конденсатора 16 передается на другой вход компаратора 14 и защелкивает его. Указанное напряжение существенно выше опорного напряжения на другом входе компаратора 14, Это превышение превосходит максимально возможный уровень помех, генерируемых во время коммутационного процесса в инверторе. Указанное превышение сохраняется при отсутствии сигнала с выхода датчика 7 прямого тока (компаратор 14 защелкивается и сохраняет состояние 0 при пропадании сигнала с датчика 7). Для возврата компаратора 14 в состояние 1, разрешающее открывание эмиттерного выключателя 6, и, следовательно, работу инвертора, неооходимо снять сигнал его положительной обратной связи. Указанное происходит в первый момент протекания обратного тока, обеспечивающее пропадание положительного напряжения в общей точке эмиттеров транзисторов 4 и 5. При протекании обратного тока открывается встроенный паразитный диод (показан пунктиром) эмиттерного выключателя 6, открывающийся транзистор 5 переходит в режим инверсного насыщения и в точке соединения эмиттеров транзисторов 4 и 5 устанавливается приблизи тельно нулевой (или слегка отрицательный) потенциал относительно общей шины инвертора (которой можно считать выход датчика 7 прямого тока, общие точки ограничителей 10 и 11 й выключателя 6). При поступлении через конденсатор 16 на вход компаратора 14 этого потенциала он перебрасывается в состояние 1 на выходе, эмиттерный выключатель 6 включается и после полного вывода накопленной электромагнитной энергии транзистор 5 переходит в режим прямого насыщения и начинается новый такт работы инвертора.Upon receipt of the supply voltage, the comparator 14 is set to a high output level (1), the emitter switch 6 opens. Through the resistor 15, a signal is applied to open the transistor 4, which then enters the saturation due to the winding 13 of the PIC. The current through the transistor 4 begins to linearly increase, while the current in the power circuit of the inverter increases, flowing through the direct current sensor 7. When the threshold is reached, the comparator 14 switches to the low output level (O), while the emitter switch 6 closes and opens the emitter circuits of transistors 4 and 5. The current of transistor 4 is now closed through its base circuit, the base potential is limited to an acceptable level using voltage limiter 10. When current flows in the base circuit, the potential of the emitters is equal to the sum of the voltages at the inverse resistance of the emitter - base of the transistor 4 and at the limiter 10 (made, for example, in the form of a zener diode). After the end of the flow of the collector current, the limiter 10 limits the voltage at the base of the transistor 4 from the winding 13 of the PIC transformer for the first half of the switching process (voltage changes on the collectors when closing the transistor 4 and preparing to open the transistor 5). After changing the polarity of the voltage across the winding 13, the limiter 11 limits the voltage at the base of the transistor 5. At the same time, there is a voltage on the associations of the emitters of transistors 4 and 5 that is less than the base voltage by a direct drop at the base-emitter junction. Thus, when the signal from the sensor 7 reaches the threshold current of the comparator 14 and the emitter switch 6 closes, a positive voltage exists at the common point of the emitters of transistors 4 and 5. This voltage using the introduced capacitor 16 is transmitted to another input of the comparator 14 and latches it. The indicated voltage is significantly higher than the reference voltage at the other input of the comparator 14. This excess exceeds the maximum possible level of interference generated during the switching process in the inverter. The specified excess is saved in the absence of a signal from the output of the direct current sensor 7 (the comparator 14 latches and saves state 0 when the signal from the sensor 7 disappears). To return the comparator 14 to state 1, allowing the opening of the emitter switch 6, and, therefore, the operation of the inverter, it is necessary to remove the signal of its positive feedback. This occurs at the first moment of reverse current flow, which ensures the disappearance of positive voltage at the common point of the emitters of transistors 4 and 5. When the reverse current flows, the built-in spurious diode (shown by a dotted line) of emitter switch 6 opens, the opening transistor 5 switches to inverse saturation mode and at the junction point emitters of transistors 4 and 5 is set to approximately zero (or slightly negative) potential relative to the common bus of the inverter (which can be considered the output of the sensor 7 direct current, common points of the limiters of the 10th and 11th switches 6). When this potential arrives through the capacitor 16 to the input of the comparator 14, it is transferred to state 1 at the output, the emitter switch 6 is turned on, and after the accumulated electromagnetic energy is completely removed, the transistor 5 goes into direct saturation mode and a new inverter operation cycle begins.

Конденсатор 16 играет роль разделительного конденсатора. Он осуществляет передачу положительного потенциала на вход компаратора на все время коммутации. При открывании эмиттерного выключателя 6 конденсатор 16 восстанавливает свое первоначальное разряженное состояние через резистор 17. Постоянная времени разряда конденсатора 16 через резистор 17 должна быть меньше минимального интервала протекания прямого тока, чтобы конденсатор 16 успел полностью восстановить свое состояние до начала коммутации. Наличие конденсатора 16 способствует автоматическому запуску инвертора в случае паразитного закрывания (при первоначальной подаче питания) эмиттерного выключателя. Ток через конденсатор Тб протекает ограниченное время, пока не произойдет его полный заряд; после этого происходит обрыв цепи протекания тока и компаратор 14 автоматически переходите состояние 1, разрешающее открывание эмиттерного выключателя. Инвертор включается.The capacitor 16 plays the role of an isolation capacitor. It transfers the positive potential to the input of the comparator for the entire time of switching. When the emitter switch 6 is opened, the capacitor 16 restores its initial discharged state through the resistor 17. The discharge time constant of the capacitor 16 through the resistor 17 must be less than the minimum forward current flow interval so that the capacitor 16 can completely restore its state before switching starts. The presence of the capacitor 16 contributes to the automatic start of the inverter in the event of a stray closing (at the initial power supply) of the emitter switch. Current flows through the Tb capacitor for a limited time until it is fully charged; after this, the current flow circuit is interrupted and the comparator 14 automatically switch to state 1, allowing the emitter switch to open. The inverter turns on.

Первоначальный заряд конденсатора 3 осуществляется через постепенно открывающийся при включении силовой транзистор 4, при этом ток заряда конденсатора 3 ограничивается за счет внутреннего сопротивления транзистора 4.The initial charge of the capacitor 3 is carried out through the power transistor 4, which gradually opens when the power is turned on, while the charge current of the capacitor 3 is limited due to the internal resistance of the transistor 4.

В процессе стационарной работы инвертора перезаряд конденсатора 3 осуществляется через полуобмотки 2, минуя цепи силовых транзисторов 4 (5). При перезарядке конденсатора 3 напряжение на закрывающемся силовом транзисторе 4 (5) плавно нарастает от нуля до двойного силового питания, что приводит к уменьшению коммутационных помех и повышает надежность работы инвертора.In the process of stationary operation of the inverter, the capacitor 3 is recharged through half-windings 2, bypassing the circuit of power transistors 4 (5). When recharging the capacitor 3, the voltage at the closing power transistor 4 (5) gradually increases from zero to double power supply, which leads to a decrease in switching noise and increases the reliability of the inverter.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Двухтактный стабилизирующий инвертор, содержащий трансформатор с рассеянием, первичная обмотка которого, шунтированная конденсатором, соединена через силовые транзисторы, эмиттерный выключатель и датчик прямого тока с питаΊ ющими шинами, а базы силовых транзисторов подсоединены к ограничителям напряжения непосредственно и через токозадающий резистор к обмотке положительной обратной связи трансформатора, компаратор, 5 первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, и резистор первоначального пуска, отличающийся тем, что, с целью упрощения инвертора и повы шения его надежности, он снабжен конденсатором и резистором, общая точка которых подключена к второму входу компаратора, другой вывод конденсатора подключен к точке соединения эмиттеров силовых транзисторов, другой вывод резистора подключен к выходу датчика прямого тока, а выход компаратора подключен к входу управления эмиттерного выключателя.A push-pull stabilizing inverter containing a scattering transformer, the primary winding of which is shunted by a capacitor, is connected through power transistors, an emitter switch and a forward current sensor with supply buses, and the base of the power transistors are connected to voltage limiters directly and through a lead-in resistor to the positive feedback winding transformer, comparator, 5 the first input of which is connected to the reference voltage bus, and the initial start-up resistor, characterized in that, In order to simplify the inverter and increase its reliability, it is equipped with a capacitor and a resistor, the common point of which is connected to the second input of the comparator, the other output of the capacitor is connected to the connection point of the emitters of power transistors, the other output of the resistor is connected to the output of the direct current sensor, and the output of the comparator is connected to control input emitter circuit breaker.