Инвертор

 

Использование: низковольтные источники питания. Сущность изобретения: инвертор содержит два транзистора 14 , 15 ненасыщающийся силовой трансформатор 1 с первичными полуобмотками 2, 3 и вторичными обмотками 4,5, насыщающийся трансформатор тока 8, с первичными обмотками 6, 7 и вторичными обмотками 12,13, схему запуска 17. Подключение обмоток трансформаторов уменьшает величину потребляемой мощности. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для электропитания портативной радиоэлектронной аппаратуры от низковольтных источников энергии, например, одного-двух гальванических элементов.

Для электропитания маломощных нагрузок от низковольтных источников энергии практическое использование получили высокочастотные инверторы с самовозбуждением и насыщающимся силовым трансформатором, в которых ток нагрузки замыкается через базовую цепь открытого транзистора.

Основными недостатками транзисторных инверторов с насыщающимся силовым трансформатором являются: плохое использование транзисторов по току коллектора, большие потери мощности в транзисторах на их коммутацию и сравнительно низкий КПД при высоких частотах преобразователя электроэнергии. Для исключения указанных недостатков в схемы инверторов вводят дополнительные нелинейные элементы, насыщающиеся в конце каждого полупериода генерации и вызывающие тем самым переключение мощных транзисторов до наступления режима насыщения силового трансформатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является инвертор, содержащий ненасыщающийся силовой трансформатор с выводом нулевой точки первичной обмотки, подключенным к плюсовому входному выводу инвертора, два транзистора, эмиттеры которых подключены к минусовому входному выводу, насыщающийся трансформатор тока, первичные обмотки которого включены в коллекторные цепи транзисторов, а вторичные обмотки, образуя внутреннюю положительную обратную связь, подключены между базами и эмиттерами транзисторов и схему запуска на тиристоре, включенном параллельно транзистору, при этом управляющий электрод тиристора через конденсатор и разрядный резистор подключен к первичным обмоткам трансформаторов.

Известны инверторы, содержащие пусковой R-C-релаксатор на однопереходном транзисторе. Однако такие релаксаторы не работоспособны на низких напряжениях питания.

Схема позволяет получить значительный выигрыш в использовании транзисторов по току коллектора и КПД по сравнению со схемой. Однако при низких питающих напряжениях КПД и функциональная надежность схемы снижаются по следующим причинам. Напряжение на первичных обмотках трансформатора тока, включенных в коллекторные цепи силовых транзисторов, уменьшает напряжение, прикладываемое к первичной обмотке силового трансформатора, тем самым уменьшая КПД. Для получения максимального КПД необходимо использовать транзисторы с малым напряжением насыщения коллектор-эмиттер, например, ГТ806. Типовое значение напряжения насыщения база-эмиттер этого транзистора составляет 0,4В. Это значение, а также значение частоты преобразования определяют число витков вторичной обмотки трансформатора тока. Для феррита марки 2000НМ1 типоразмера К7 х 4 х 2 и частоты 50 кГц это число равно двум. При этом, исходя из минимального значения статического коэффициента передачи тока транзистора, число витков первичной обмотки должно быть равно 0,25, что не реализуемо. Поэтому транзисторы в данной схеме работают в режиме большого перенасыщения, что также уменьшает КПД. Схема запуска срабатывает только при скачкообразной подаче питающего напряжения, а в случае низких питающих напряжений вообще не работоспособна. Недостатком также является то, что транзисторы включены по схеме с общим эмиттером, это не позволяет разместить их на общем радиаторе без электрической изоляции от корпуса.

Цель изобретения - повышение КПД и функциональной надежности инвертора, уменьшение его габаритов и массы.

Поставленная цель достигается тем, что в инверторе, содержащем два транзистора, ненасыщающийся силовой трансформатор с выводом нулевой точки первичной обмотки, подключенным к плюсовому входному выводу инвертора, насыщающийся трансформатор тока, вторичные обмотки которого образуя внутреннюю положительную обратную связь, подключены между базами и эмиттерами транзисторов и схему запуска, коллекторы транзисторов подключены к минусовому входному выводу, а эмиттеры - к первичной обмотке силового трансформатора, причем его вторичные обмотки соединены последовательно с первичной и через первичные обмотки трансформатора тока, выпрямительные диоды и нагрузку подключены к минусовому выводу, кроме того трансформатор тока дополнительно снабжен обмоткой запуска, подключенный к выходу схемы запуска, выполненной в виде R-C-релаксатора на двухтранзисторном аналоге однопереходного транзистора.

Проведенный анализ существенных признаков предложенного технического решения по источникам научно-технической и патентной информации (см. прилагаемую справку) показал, что данное предложение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема предложенного инвертора.

Инвертор содержит ненасыщающийся силовой трансформатор 1 с выводом нулевой точки первичных полуобмоток 2, 3, подключенным к плюсовому входному выводу инвертора. Вторичные обмотки 4, 5 силового трансформатора 1 соединены последовательно с первичными полуобмотками 2, 3 и через первичные обмотки 6, 7 насыщающегося трансформатора тока 8, выпрямительные диоды 9, 10 и нагрузку 11 подключены к минусовому выводу. Вторичные обмотки 12, 13 трансформатора тока 8 подключены между базами и эмиттерами транзисторов 14, 15 и образуют внутреннюю положительную обратную связь. Коллекторы транзисторов 14, 15 подключены к минусовому входному выводу, а эмиттеры - к первичным полуобмоткам 2, 3 силового трансформатора 1. Трансформатор тока 8 снабжен обмоткой запуска 16, подключенной R-C-релаксатору 17 на двухтранзисторном аналоге однопереходного транзистора.

Инвертор работает следующим образом.

При подаче напряжения питания, последнее через последовательно соединенные обмотки 2, 4 и 3, 5 силового трансформатора 1, первичные обмотки 6 и 7 трансформатора тока 8, диоды 9 и 10 поступает в нагрузку 11, где происходит начальный подзаряд конденсаторов фильтров (на схеме не указаны), что облегчает последующий запуск инвертора. Поскольку, указанные выше одноименные обмотки трансформаторов имеют попарно одинаковое число витков и включены по постоянному току встречно и параллельно, намагничивание сердечников не происходит. Затем с релаксатора 17 начинают поступать на обмотку 16 трансформатора тока 8 пусковые импульсы, которые, трансформируясь в обмотки 12, 13, поступают на базоэмиттерные переходы транзисторов 14, 15 в противофазе. Один из транзисторов, допустим 14, приоткрывается, при этом ток в обмотке 6 падает, а в обмотке 7 возрастает, разница этих токов поступает в базу транзистора 14, он еще больше открывается и, при надлежащем выборе соотношения числа витков обмоток 6, 7 и 12, 13, входит в насыщение и находится в этом состоянии, пока не произойдет насыщение сердечника трансформатора тока. Ток базы открытого транзистора, приведенный к первичной обмотке, равен разнице между током нагрузки и током намагничивания трансформатора тока. В момент насыщения последнего ток намагничивания резко растет, а ток базы падает. Транзистор 14 выходит из насыщения, токи намагничивания обоих трансформаторов уменьшаются, и за счет накопленной в трансформаторах энергии, а также в результате действия положительной обратной связи происходит переключение транзисторов. Транзистор 15 открывается и находится в состоянии насыщения, пока не произойдет перемагничивание трансформатора тока по полному циклу. Далее работа схемы повторяется.

Как видно из принципиальной схемы, выходное напряжение инвертора после выпрямления диодами 9, 10 суммируется на нагрузке с напряжением источника питания, что уменьшает величину мощности, необходимой для преобразования, тем самым значительно улучшает КПД и массогабаритные характеристики. При этом силовой трансформатор представляет собой автотрансформатор, что позволяет дополнительно уменьшить его габариты и массу. Коллекторы транзисторов подключены к общей для источника питания и нагрузки минусовой шине. Поэтому, для дальнейшего уменьшения габаритов и массы, в качестве радиаторов может быть использован корпус прибора. При этом также уменьшается уровень радиопомех, излучаемых прибором. Использование для запуска инвертора R-C-релаксатора на двухтранзисторном аналоге однопереходного транзистора и дополнительной обмотки на трансформаторе тока решило проблему запуска на низких напряжениях питания. Включение первичных обмоток трансформатора тока в цепь нагрузки позволило повысить КПД за счет, во-первых, более полного использования напряжения источника питания, что особенно важно при его малой величине, и, во-вторых, исключения большого перенасыщения транзисторов, поскольку ток нагрузки обычно на порядок меньше входного тока инвертора, то числа витков вторичной и первичной обмоток трансформатора тока примерно равны.

Указанные преимущества заявляемого инвертора особенно проявляют себя в приборах с большим объемом логических микросхем с напряжением питания +5В. Они были подтверждены при испытаниях опытного образца инвертора в составе источника вторичного электропитания измерителя сварочного тока, при питании его от одной аккумуляторной банки. Внедрение промышленных образцов намечено на 1991-1992 гг. (56) Ромаш Э. М. , Драбович Ю. И. , Юрченко Н. Н. , Шевченко П. Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М. , Радио и связь, 1988, с. 101-102, рис. 4.8.

Там же, с. 119, рис. 4.22б.

Формула изобретения

ИНВЕРТОР, содержащий два транзистора, ненасыщающийся силовой трансформатор с выводом нулевой точки первичной обмотки, подключенным к плюсовому входному выводу инвертора, насыщающийся трансформатор тока с первичными обмотками и вторичными обмотками, которые являются внутренней положительной обратной связью и включены между базами и эмиттерами транзисторов, и схему запуска, отличающийся тем, что введены вторичные обмотки силового трансформатора и обмотка запуска трансформатора тока, коллекторы транзисторов подключены к минусовому входному выводу, а эмиттеры - к свободным выводам первичной обмотки силового трансформатора, причем его вторичные обмотки соединены согласно последовательно с первичными обмотками и первичными обмотками трансформатора тока, к свободным выводам которых подключены выпрямительные диоды, объединенные аноды которых через цепь нагрузки подключены к минусовому выводу, обмотка запуска трансформатора тока подключена между выходом схемы запуска, выполненной в виде RC -релаксатора на двухтранзисторном аналоге однопереходного транзистора, и минусовым выводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1