Инвертор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ (663048

Союз Советских. Соцмалмстммесютх

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.06.77 (21) 2500973/24-07 (51) М.К . с присоединением заявки №вЂ”

Н 02М 7/537

Государственный комите

СССР ао делам иэаорвтвний и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18 (53) УДК 621.314..58 (088.8) Дата опубликования описания 19.05.79

/ (72) Авторы изобретения

Б. А. Глебов, Т. Н. 5Карикова и А. А. Лукин

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может .быть использовано в качестве вторичного источника литания.

Известные инверторы с трансформаторным выходом обладают пониженным КПД из-за наличия коммутационных потерь (1) . 5

Известен также инвертор, .в котором уменьшены коммутационные потери, однако данное устройство сложно по схеме и обладает большими массогабаритными показателями (2).

Наиболее близким по технической сущ1О ности к предлагаемому изобретению является инвертор, содержащий силовые ключи, управляющие электроды которых подсое- динены к цепи коммутации, а силовые элект-- " роды ключей связаны с входными вывода- 1s ми и подключены к первичной обмотке выходного трансформатора, шунтированной конденсатором (3).

Известное устройство позволяет уменьшить коммутационные потери, однако лерезаряд конденсатора не может быть выбран достаточно точно, что приводит к дополнительным потерям в силовых ключах (разрядный ток конденсатора в часть полупериода замыкается через силовые ключи).

Цель изобретения — повышение КПД и надежности устройства.

Эта цель достигается тем, что инвертор, содержащий силовые ключи, управляющие электроды которых подсоединены к цепи коммутации, а силовые электроды ключей связаны с входными-вйводами й-подключейы к первичной обмотке выходного трансформатора, шунтированной конденсатором, снабжен датчиком тока конденсатора, выход которого через введенную цепь запирания связан с управляющими электродами силовых ключей, а вход связан С указанным конденсатором.

Кроме этого, инвертор снабжен двумя дополнительными конденСаторами," включенными последовательно и подсоединенными параллельно упомянутому кон) енсатору, причем общая точка этих конденсаторов подсоединена к одному из входных выводов.

При этом указанная цепь запирания может быть выполнена в виде диодов.

Датчик тока конденсатора выполнен в виде моста, в котором два противоположных плеча образованы диодами, а два других конденсаторами, или в виде трансформатора, причем первичная обмотка транс663048 форматора включена через дополнительный конденсатор параллельно упомянутому конденсатору, или первичная обмотка трансформатора может быть включена последовательно с конденсатором.

На фиг. 1 изображен инвертор, выполненный в виде автогенератора по типу схемы Роера, содержащий описа нный выше диодно-конденсаторный мост в качестве датчика тока конденсатора.

На фиг. 2 изображен инвертор, выполненный в виде ключевого усилителя мощности (с внешним управлением), содержащий трансформатор в качестве датчика тока конденсатора, при этом первичная обмотка трансформатора через дополнительный конденсатор включена параллельно упомянутому конденсатору.

На фиг. 3 изображен инвертор, в котором первичная обмотка трансформатора, использованного в качестве датчика тока, включена последовательно с конденсатором.

В устройстве на фиг. 1 между входными выводами, для подключения источника питания 1 и 2 через силовые ключи (транзисторы) 3 и 4, шунтированные диодами 5 и 6, включены секции 7 и 8 первичной обмотки силового трансформатора 9.

Между управляющими электродами силовых ключей 3 и 4 включена цепь из соединенных последовательно обмотки 10 обратной связи и токоограничивающего элемента 11. Управляющий электрод силового ключа 3, кроме того, через резистор 12 з связан с шиной питания 1.

Управляющие цепи силовых ключей 3 и

4 шунтированы диодами 13 и 14.

Между крайними выводами первичной обмотки трансформатора 9 включен конденса35 тор 15. К обкладкам этого конденсатора подключены два противолежащих вывода диодно-конденсаторного моста, образованного диодами 16, 18 и конденсаторами 17 и 19.

Каждый из двух других противолежащих 40 выводов моста связан с электродами управления силовых ключей 3 и 4 через запирающие цепи 20, 21, которые могут быть выполнены в виде диодов.

В устройстве на фиг. 2 в качестве дат- 4 чика тока применен трансформатор 22, у которого первичная обмотка 23 через конденсатор 24 подключена параллельно конденсатору 15, а вторичная обмотка 25 «срез диодные цепи 20 и 21 связана с электро.so дами управления силовых ключей 3 и 4, параллельно конденсатору 15 включены два последовательно включенные конденсаторы

26, 27, а их общая точка соединена с выводом 2.

На фиг. 3 изображен вариант, когда первичная обмотка 23 трансформатора 22 включена последовательно с конденсатором 15.

Инвертор работает следующим образом.

Запирание транзистора 3 происходит изза возрастания тока намагничивания трансформатора 9, вследствие чего транзистор выходит из состояния насыщения. Это вызывает уменьшение тока, задаваемого в базу транзистора цепью положительной обратной связи, и, как следствие, уменьшение тока коллектора. Из-за наличия индуктивности последовательно с первичной обмоткой 7 (например, индуктивности рассеяния) или при индуктивном характере нагрузки на вторичной стороне трансформатора 9, ток обмотки 7 не может мгновенно измениться. Поэтому ток, равный разности между током обмотки 7, который до момента начала запирания транзистора 3 был равен току коллектора, и уменьшившимся током коллектора, замыкается через конденсатор 15 и обмотку 8.

Обычно обмотки 7 и 8 наматываются в два провода, и величиной индуктивности рассеяния между ними можно пренебречь.

Вследствие этого изменение потенциалов на коллекторе транзисторов 3 и 4, связанных через конденсаторную цепь 15, происходит на равную величину, но противофазно: потенциал на коллекторе транзистора 3 повышается, а на коллекторе транзистора 4— понижается.

Понижение потенциала на коллекторе транзистора 4 вызывает протекание тока через конденсатор 17 и диодную цепь 20 в базовую цепь транзистора 3. Этот ток противоположен отиирающему току базы, а его величина пропорциональна величине тока, протекающего через конденсаторную цепь.

Коэффициент пропорциональности зависит от соотношения емкости конденсаторов 17 и 15.

Ф

Поступление запирающего тока ускоряст спад тока коллетора, а это, в свою очередь, вызывает увеличение тока через конденсатор 15, а следовательно,и запирающего тока через элементы 18 и 20, и так далее лавинообразно.

Таким образом, следствием введения датчика тока, содержащего элементы 16, 17, 18, 19, 20, 21, является ускорение процесса спада коллекторного тока запираюгцегося транзистора путем задания отрицательного тока в базовую цепь этого транзистора. Это ускорение уже само fto себе вызывает уменьшение коммутационных потерь в приборе.

После спада до нуля коллекторного тока транзистора 3 изменение напряжения на первичной обмотке трансформатора обусловлено рассеянием энергии, накопленной в сердечнике (T. е. в иидуктивности намагничивания), а также в иидуктивностях, включсиных последовательно с обмотками (в индуктивностях рассеивания, нагрузочный и т. и.) . .В течение всего времени, пока происходит понижение потенциала на коллекторе транзистора 4, током через конденсатор 17

663048

5 оба транзистора 3 и 4 поддерживаются в запертом состоянии. В момент, когда потенциал на коллекторе транзистора 4 спадет до нуля, отпирается диод 6 и происходит фиксация потенциала. При этом ток через конденсатор 17 скачком уменьшается до нуля, а на коллекторе транзистора 3 устанавливается потенциал, равный удвоенному напряжению питания.

При уменьшении до нуля тока через конденсатор 17 в базовую цепь транзистора 4 начинает поступать отпирающий ток, под- io держивающий его в состоянии насьпцения.

Таким образом, сочетание конденсатора

15 с датчиком тока, образованным элементами 16, 18, 19, 20, 21, обеспечивает отпирание транзистора 4 при нулевом потенциале на его коллекторе, что также уменьшает коммутационные потери, но уже при отпираегии.

Во второй полутакт процессы в схеме происходят аналогично с той разницей, что запирается транзистор 4 и отпирается тран- 2р зистор 3.

Процессы в устройстве, представленном на фиг. 2, 3, происходят аналогично уже рассмотренным. Однако в этом случае во время изменения потенциала на коллекторах транзисторов отрицательный ток передается в базовые цепи транзисторов через дополнительный трансформатор 22. Вторичная обмотка последнего через диодные цепи

20, 21 подключена параллельно базо-эмиттерным переходам транзисторов 3 и 4. зо

Введение дополнительных конденсаторов

26, 27 преследует цель скомпенсировать неидеальность магнитной связи между секциями 7 и 8 первичной обмотки силового трансформатора. Тем самым исключаются короткие перенапряжения на запирающемся транзисторе, возникающие при высокой крутизне спада тока через прибор.

В качестве силовых ключей в устройстве могут использоваться любые полупроводниковые или иные полностью управляемые клю- 40 чи 1транзисторы, интегральные ключи по схеме Дарлингтона, двухоперационные тиристоры и т. Д.).

Формула изобретения

1. Инвертор, содержащий силовые ключи, 45 управляющие электроды которых подсоединены к цепи коммутации, а силовые электроды ключей связаны с входными выводами и подключены к первичной обмотке выходного трансформатора, шунтированной конденсатором, Отличающийся тем, что, с цельк> повышения КПД и надежности, он снабжен датчиком тока конденсатора, выход которого через введенную цепь запирания связан с управляющими электродами силовы ключей, а вход связан с указанным конденсатором.

2. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен двумя дополнительными конденсаторами, включенными последовательЙо и подсоединенными параллельно упомянутому конденсатору, причем общая точка этих конденсаторов подсоединена к одному

ИЗ ВХОДНЫХ ВЫВОДОВ.

3. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что указанная цепь запирания выполнена в виде диодов.

4. Инвсртор по п. 1, отличающийся тем, что датчик тока конденсатора выполнен в виде моста, в котором два противоположных плеча образованы диодами, а два других конденсаторами.

5. Инвертор по п. 1, отличающийся тем, что датчик тока выполнен в виде трансформатора.

6. Инвертор по п. 5, отличающийся тем, что первичная обмотка трансформатора включена через дополнительный конденсатор параллельно упомянутому конденсатору

7. Инвертор по п. 5, отличающийся тем, что первичная обмотка трансформатора включена последовательно с конденсатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Ромаш Э. М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры. М., «Энергия», 975, рис. 1 — 5.

2. Авторское свидетельство СССР

No 52!642, кл. Н 02 М 7/537, !974.

3. Моин В. С. и Лаптев Н. H. Стабилизированные транзисторные преобразователи.

М., «Энергия», 1972, с. 351, рис. 9 в 19 а.

663048 фиг.1

Рие. 3

Составитель Г.Огнев

Редактор Д. Зубов " Техред О. Луговая Корректор О. Билак

Заказ 2722 56 Тирами 856 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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