SU1746502A1 - Двухтактный инвертор - Google Patents

Abstract

Использование: преобразование напр жени  в переменное. Сущность изобретени : коммутационные конд-ры 14. 15, перезар жа сь в последовательном соединении через диод 16 (17) и база-эмиттерный переход одного из дополнительных транзисторов 21 (20), обеспечивают задержку нарастани  напр жени  на закрывающемс  силовом транзисторе 3 (4). При этом открытый дополнительный транзистор 21 (20) шунтирует база-эмиттерный переход силового транзистора 4 (3) другого плеча. Вследствие этого уменьшаютс  динамические потери мощности при выключении силового транзистора 3 (4) и исключаетс  перекрытие процессов при их переключении. 3 з.п.ф-лы, 4 ил Г // сл

Description

1

J

Д А#

Фиг /

N о

ел о

ю

fe:

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани  радиоэлектронной аппаратуры, преобразовател х индукционных нагревательных установок.

Известен инвертор, содержащий трансформатор, первична  обмотка которого средней точкой соединена с первым входным выводом, а крайними точками к коллекторам силовых транзисторов, шунти- рованных обратными диодами и эмиттерами , подключенных к второму входному выводу, а обмотка обратной св зи через то- коограничивающий резистор включена между базовыми выводами силовых транзи- сторов. Между крайними выводами первичной обмотки трансформатора включен конденсатор, к обмоткам которого подсоединены два противолежащих вывода диод- но-конденсаторного моста. Каждый из двух других противолежащих выводов моста св зан с базовыми выводами силовых транзисторов через запирающие диодные цепи.

В устройстве при коммутации силовых транзисторов часть тока намагничивани  трансформатора, протекает через запирающие цепи, удерживает силовые транзисторы в закрытом состо нии во врем  перезар да конденсатора, подключенного к крайним выводам первичной обмотки, что снижает скорость изменени  напр жени  на обмотках трансформатора и транзисторах и устран ет коммутационные перенапр жени . Дл  нормальной работы устройства необходимо, чтобы часть тока намагничивани , протекающа  через запирающие цепи, по величине превышала базовый ток открывающегос  транзистора Дл  выполнени  этого требовани  необходимо увеличивать ток намагничивани  трансфер- матора или ограничивать базовый ток силовых транзисторов, а следовательно и диапазон нагрузки, что сужает область применени  инвертора.

Известен также высоковольтный высо- кочастотный преобразователь напр жени , выполненный по схеме двухтактного инвертора со средней точкой трансформатора , содержащий силовые транзисторы, трансформатор, формирователь импульсов, логические элементы И, компараторы, дрос- сель,диоды, делитель напр жени .

В преобразователе с помощью компа- рат,оров измер етс  напр жение на силовых транзисторах, и при коммутации открытие силовых транзисторов осуществл етс  при снижении напр жени  на них ниже порогового. Наиболее эффективно применение устройства в высоковольтных преобразовател х, трансформаторы которых характеризуютс  большой величиной емкости вторичной обмотки. При коэффициенте трансформации выходного трансформатора , близком к единице, и понижающих трансформаторах скорость изменени  напр жени  на транзисторах высока , что обуславливает коммутационные перенапр жени  и высокий уровень электромагнитных помех.

Наиболее близким техническим решением  вл етс  транзисторный преобразователь посто нного напр жени , содержащий выходной трансформатор, имеющий первичную , выходную и базовые обмотки; силовые транзисторы, у которых коллекторы подключены к крайним выводам первичной обмотки, а эмиттеры подсоединены к минусовой клемме источника питани , дополнительный выпр митель, включенный между базовыми обмотками и одним из входов узла запрета, второй вход которого подключен к генератору тактовых импульсов; усилитель , управл ющим входом подключенный к выходу узла запрета и одним выводом к плюсовой шине питани ; две RCD-цепочки, включенные между вторым выводом усилител  и базовыми выводами силовых транзисторов , два согласующих транзистора, зашунтированные встречными диодами, при этом базы транзисторов подключены к выходам генератора, а коллекторы - к точкам соединени  резисторов и конденсаторов RCD-цепочек, два дополнительных транзистора, у которых коллекторы подсоединены к базам, а эмиттеры - к общей точек соединени  эмиттеров силовых транзисторов и базы подключены к катодам пороговых элементов RCD-цепочек, RC-фильтр, один вывод которого подсоединен к минусовой клемме питани , а второй вывод через вспомогательный выпр митель подключен к базовым обмоткам выходного трансформатора , коммутирующий конденсатор, подключенный к крайним выводам первичной обмотки выходного трансформатора; два разв зывающих диода, анодами подключенные к точке соединени  резистора и по- рогового элемента RD-цепочек, а катодами - к коллекторам силовых транзисторов; выходной выпр митель с емкостным фильтром.

В устройстве при коммутации база- эмиттерные переходы силовых транзисторов шунтируютс  дополнительными транзисторами на врем  перезар да конденсатора , подключенного к крайним выво- дам первичной обмотки выходного трансформатора Закрытие дополнительных транзисторов происходит при снижении напр жени  на силовых транзисторах.

При этом необходимо, чтобы момент запирани  дополнительного транзистора совпадал с окончанием перезар да коммутирующего конденсатора, когда напр жение на силовом транзисторе снижаетс  до нул . В противном случае происходит доза- р д коммутирующего конденсатора через открывающийс  силовой транзистор, что вызывает увеличение его загрузки по току. Дл  исключени  этого  влени  требуетс  тщательный индивидуальный подбор резисторов и пороговых элементов. Однако вследствие изменени  параметров элементов в зависимости от изменени  рабочей температуры и временного старени , происходит смещение рабочей точки из области первоначальной настройки преобразовател  и, следовательно, увеличение динамических потерь при включении силовых транзисторов.

Цель изобретени  - повышение КПД и надежности путем уменьшени  динамических потерь мощности в силовых транзисторах при их включении.

Цель достигаетс  тем, что в двухтактный инвертор, содержащий выходной трансформатор , первична  обмотка которого отводом от средней точки соединена с первым выходным выводом инвертора, а крайними выводами подключена к коллекторам силовых транзисторов, эмиттеры которых объединены и соединены с вторым входным выводом инвертора, первый коммутационный конденсатор, подключенный первым выводом к коллектору первого силового транзистора, два дополнительных транзистора , каждый из которых коллектором подключен к базе соответствующего силового транзистора и шунтирован по цепи база- эмиттер первым резистором, и блок управлени , парафазные выходы которого соединены с базами силовых транзисторов, введен второй коммутационный конденсатор , подключенный первым выводом к коллектору второго силового транзистора, второй вывод каждого коммутационного конденсатора соединен с эмиттером соответствующего дополнительного транзистора и через соответствующий введенный диод- с эмиттерами силовых транзисторов, с которыми св заны базы дополнительных транзисторов.

Кроме того, указанна  св зь баз дополнительных транзисторов с эмиттерами силовых транзисторов выполнена непосредственно .

Кроме того, указанна  св зь баз каждого из дополнительных транзисторов с эмиттерами силовых транзисторов выполнена через введенный второй резистор, а параллельно каждому диоду включен введенный пороговый элемент.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого двухтактного инвертора; на фиг. 2 временные диаграммы, по сн ющие его работу; на фиг. 3 и 4.- схемы инвертора.

Двухтактный инвертор (фиг. 1) содержит выходной трансформатор 1, первична  обмотка 2 которого крайними выводами под0 соединена к коллекторам силовых транзисторов 3 и 4, эмиттерами через датчик 5 тока подключенных к минусовой клемме источника 6 питани . Средн   точка первичной обмотки 2 через узел 7 коммута5 ции и дроссель 8, шунтированный диодом 9, соединена с плюсовой клеммой 6 питани . К вторичной обмотке 10 выходного трансформатора 1 подключена активно-индуктивна  нагрузка 11.

0 Параллельно силовым транзисторам 3 и 4 подсоединены встречные диоды 12 и 13 и конденсаторы 14 и 15 через диоды 16 и 17. Параллельно диодам 16 и 17 подключены резисторы 18 и 19 и база-эмиттерные пере5 ходы дополнительных транзисторов 20 и 21, коллекторные выводы которых соединены с базовыми выводами силовых транзисторов 3 и 4.

Выходы узла 22 управлени , питание

0 которого осуществл етс  от источника 6, подключены к управл ющему входу узла 7 коммутации и через токоограничительные резисторы 23 и 24 к базовым выводам силовых транзисторов 3 и 4.

5В двухтактном инверторе (фиг. 3) параллельно диода 16 и 17 подсоединены пороговые элементы 26 и 27, а база-эмиттерные переходы транзисторов 20 и 21, шунтированные резисторами 18 и 19, включены па0 раллельно диодам 16 и 17 через резисторы 28 и 29.

В инверторе (фиг. 4) параллельно первичной обмотке 2 выходного трансформатора 1 подсоединен дроссель 25.

5 Двухтактный инвертор работает следующим образом.

При подключении источника 6 питани  подаетс  напр жение на узел 22 управлени , который запускаетс  и после выхода на

0 режим вырабатывает импульс управлени  узлом 7 коммутации, подключающим питание к средней точке первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1. Ток зар да одного из конденсаторов 14 или 15, под5 ключенного параллельно закрытому в этот момент силовому транзистору, ограничиваетс  дросселем 8.

Временные диаграммы переключени  силовых транзисторов инвертора приведены на фиг. 2. Узел 22 управлени  вырабатывает импульсы управлени  силовыми транзисторами 3 и 4 УупрЗ и Uynp4 (фиг, 2а, б), сдвинутые между собой на 180 эл.град. с задержкой ti-t2, t4-ts, равной времени выключени  силовых транзисторов.

Предположим, что в исходном состо нии , до момента времени tt, открыт силовой транзистор 4 (фиг. 2з). К секции 2.2 первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 приложено напр жение питани  (пол рность напр жени  на фиг. 1 показана без скобок). Конденсатор 14 зар жен до двойного напр жени  питани  (фиг. 2д), а конденсатор 15 разр жен {фиг. 2е). Транзисторы 20 и 21 закрыты, так как их база-эмиттерные переходы шунтированы резисторами 18 и 19. .

В момент времени ti снимаетс  открывающий сигнал с управл ющего входа транзистора 4(фиг. 26). Транзистор 4 закрываетс , и ток в нем на интервале времени выключени  транзистора спадает до нул  (врем  рассасывани  не учитываетс ). Ток первичной обмотки 2 трансформатора 1, равный сумме приведенного тока нагрузки (фиг. 2ж) и тока намагничивани  (фиг. 2м), замыкаетс  по следующей цепи: конец секции 2.2 - конденсатор 15 - диод 17 - база- эмиттерный переход транзистора 20 - конденсатор 14 - начало секции 2.1. При этом конденсатор 15 зар жаетс  (фиг. 2е), а конденсатор 14 зар жаетс  (фиг. 2д), напр жение на обмотках трансформатора 1 изме- н етс  в соответствии с изменением напр жени  на конденсаторах 14 и 15. Так как ток разр да конденсатора 14 протекает через база-эмиттерный переход транзистора 20 (фиг. 2к), последний открываетс  и шунтирует база-эмиттерный переход транзистора силового транзистора 3 (фиг. 2в). Таким образом силовой транзистор 3 остаетс  закрытым до конца перезар да конденсаторов 14 и 15 (интервал времени t2-ts).

Напр жение на транзисторе 4 (фиг. 2з) возрастает в соответствии с напр жением на конденсаторе 15 (фиг. 2е). Выбором соответствующей емкости конденсатора 14 и 15 обеспечиваетс  безопасна  траектори  выключени  силовых транзисторов.

К моменту времени t3-конденсатор 15 зар жаетс  до двойного напр жени  питани  (фиг. 2е, пол рность в скобках), а конденсатор 14 разр жаетс  до нул  (фиг. 2д). Ток чере.з база-эмиттерный переход транзистора 20 прекращаетс , последний закрываетс , а силовой транзистор 3 открываетс  (фиг. 2в, и). При этом открытие транзистора происходит при нулевом напр жении на нем, чем обеспечиваетс  безопасна  траектори  включени  силовых транзисторов В

интервале времени силовой транзистор 3 открыт, к секции 2.1 первичной обмотки трансформатора 1 приложено напр жение питани  (пол рность в скобках ).

В момент времени t4 снимаетс  открывающий сигнал с управл ющего входа силового транзистора 3 (фиг. 2а). Транзистор 3 закрываетс , и ток в нем в интервале времени спадает до нул  (фиг. 2и). Ток первичной обмотки 2 трансформатора 1 замыкаетс  по цепи: начало секции 2.1 - конденсатор 14 - диод 16 - база-эмиттерный переход транзистора 21 - конденсатор

15-конец секции 2.2. При этом конденсатор 15 разр жаетс  (фиг. 2е), а конденсатор 14 зар жаетс  (фиг. 2д).

Так как ток разр да конденсатора 15 протекает через база-эмиттерный переход

транзистора 21 (фиг. 2л), последний открываетс  и шунтирует управл ющий переход силового транзистора 4 (фиг. 2г). Таким образом транзистор 4 остаетс  в закрытом состо нии на врем  перезар да конденсаторов 14 и 15 в интервале времени .

В момент времени te транзистор 4 открываетс  (фиг. 2г, з), к секции 2.2 первичной обмотки трансформатора 1 прикладываетс  напр жение питани  (пол рность без скобок).,

В момент времени t -снимаетс  открывающий сигнал с управл ющего входа транзистора 4, и процессы в устройстве повтор ютс .

При нагрузке узел 22 управлени  по сигналу с датчика 5 тока снимает открывающие сигналы с управл ющих входов транзисторов 3 и 4 и размыкает ключевой элемент 7.

Дроссель 7 ограничивает нарастание тока на врем  срабатывани  защиты.

В инверторе (фиг. 1) в интервалах времени ti-ta, t4-te (фиг. 2) приведенный к первичной обмотке 2 ток протекает через

база-эмиттерные переходы транзисторов 20 и 21. В низковольтных мощных преобразовател х значение этого тока может быть больше максимального допустимого тока базы.

В инверторе (фиг. 3) в цепи разр да конденсаторов 14 и 15 включены пороговые элементы 26 и 27, состо щие, например, из последовательно соединенных диодов. Падение напр жени  на элементах 26 и 28 в

интервалах времени , t4-te через резисторы 28 и 29 прикладываетс  к база-эмит- терным переходам транзисторов 20 и 21, Выбором напр жени  пороговых элементов 26 и 27 и резисторов 28 и 29 обеспечиваютс  номинальные режимы транзисторов 20 и 21

При отключенной нагрузке инвертора перезар д конденсаторов 14 и 15 осуществл етс  током намагничивани  трансформатора 1 (фиг. 2м). Если используетс  серийный трансформатор с током намагничивани , недостаточным дл  перезар да конденсаторов 14 и 15, параллельно первичной обмотке трансформатора 1 подсоедин етс  дроссель 25 (фиг. 4).

В предлагаемом двухтактном инверторе закрытие дополнительных транзисторов , шунтирующих база-эмиттерные переходы силовых транзисторов, происходит в момент прекращени  тока перезар да коммутационных конденсаторов, соответствующий моменту окончани  их перезар да и снижению до нул  напр жени  на открывающемс  транзисторе. При этом отсутствуют цепи, измер ющие напр жение на коллектор-эмиттерных переходах силовых транзисторов и требующие тщательного подбора элементов, что по сравнению с известным , повышает КПД и надежность устройства .

Claims (4)

1. Двухтактный инвертор, содержащий выходной трансформатор, первична  обмотка которого отводом от средней точки соединена с первым входным выводом инвертора , а крайними выводами подключена к коллекторам силовых транзисторов, эмиттеры которых объединены и соединены с вторым входным выводом инвертора, первый коммутационный конденсатор, подключенный первым выводом к коллектору первого силового транзистор, два дополнительных транзистора, каждый из которых коллектором подключен к базе соответствующего силового транзистора и шунтирован по цепи база-эмиттер первым резистором,

и блок управлени , парафазные выходы которого соединены с базами силовых транзисторов , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности путем уменьшени  динамических потерь мощности в силовых транзисторах при их включении, введен второй коммутационный конденсатор , подключенный первым выводом к коллектору второго силового транзистора, второй вывод каждого коммутационного

конденсатора соединен с эмиттером соответствующего дополнительного транзистора и через соответствующий введенный диод - с эмиттерами силовых транзисторов, с которыми св заны базы дополнительных

транзисторов.

2.Инвертор по п. 1,отличающий- с   тем, что указанна  св зь баз дополнительных транзисторов с эмиттерами силовых транзисторов выполнена непосредственно .

3.Инвертор поп. 1,отличающий- с   тем, что указанна  св зь баз каждого из дополнительных транзисторов с эмиттерами силовых транзисторов выполнена через

введенный второй резистор, а параллельно каждому диоду включен введенный пороговый элемент.

4.Инвертор по п. 1,отличающий- с   тем, что параллельно первичной обмотке выходного трансформатора включен введенный дроссель.

t, 4 /з

М) I/гЧ

Фиг. 2

0

I