Двухтактный инвертор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советския

Социалистических

Республик

«»681525 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено230277 (21) 2456292/24-07 (51)М. Кл.2

H 02 М 7/537 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК621. 314. . 58 (088.8) Опубликовано 25.08.79. Бюллетень ¹ 31

Дата опубликования описания25.0879 (72) Авторы

ИЗОбрЕТЕНИЯ В.Ф.Басовский, A.A.Ëåoíîâè÷ и Н.Н.Демченко (71) Заявитель (54 ) ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к приборостроению и может быть применено в качестве вторичного источника питания радиоэлектронных устройств.

Известны двухтактные инверторы, позволяющие регулировать выходное напряжение с помощью широтно-импульсной модуляции (1) и (2) .

Однако такие инверторы либо сложны, либо не позволяют дополнительно регулировать амплитуду выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является двухтактный инвертор, содержащий по крайней мере пару подключенных к выходным выводам управляемых ключей, входы которых подсоединены к широтноимпульсному модулятору, а их сила- 20 вые электроды связаны с дросселем, диодом и выходными выводами (3).

Однако габариты фильтра значительно возрастают за счет интервалов между импульсами при регулировании выходного напряжения, кроме этого, невозможно одновременно регулировать амплитудное среднее и действующее значение переменного напряжения.

Цель изобретения — уменьшение массо-габаритных показателей.

Это достигается тем, что предложенный двухтактный инвертор, содержащий по крайней мере пару подключенных к выходным выводам управляемых ключей, входы которых подсоединены к широтно-импульсному модулятору, а их силовые электроды связаны с дросселем, диодом и выходными выводами, снабжен дополнительным диодом и управляемыми вентилями, дроссель включен последовательно между силовыми переходами управляемых ключей, его крайние выводы через упомянутые диоды подключены к входным выводам, а через управляемые вечтили — к одному из выходных выводов, причем управляющие электроды последних подсоединены к широтно-импульсному модулятору.

Для исключения ухудшения формы выходного напряжения при индуктивном характере нагрузки к выходным выводам подключен вход дополнительного выпрямителя, а к его выходу подключены параллельно соединенные конденсатор и резистор.

На чертеже схематически изображен предложенный инвертор.

681525

Двухтактный широтно-импульсный инвертор с нагрузкой 1 имеет плечи

2 и 3. Плечо 3 выполнено в виде емкостного делителя напряжения (фиг. 1

6) или в виде последовательно соединенных ключей (Фиг. 1 8 ).Плечо 2 инвертора выполнено в виде пары последовательно соединенных ключей 4 и 5, управляющие электроды которых соединены с выходами 6 и 7 широтноимпульсного модулятора 8. Инвертор снабжен диодами 9 и 10 и дросселем 10

11, шунтированным соединенными последовательно-согласно управляемыми вентилями 12 и 13, например тиристорами. Дроссель 11 включен последовательно между ключами 4 и 5. Нагрузка 1 )5 одним выводом 14 соединена с общей тсчкой управляемых вентилей 12 и 13. управляющие электроды управляемых вентилей 12 и 13 соединены с дополнительными выходами 15 и 16 источника щ тактовой частоты, которым, в частности, является широтно-импульсный модулятор 8. Последовательная цепь из ключа 4 и дросселя 11 шунты ирована диодом 9, а последовательная цепь из ключа 5 и дросселя 11 шунтирована диодом 10. В варианте, предусматривающем возможность изменения характера нагрузки 1, она шунтирована выпрямителем 17 с конденсатором 18 и резистором 19 íà его выходе.

Работает устройство следующим образом.

В некоторый момент времени при помощи сигнала широтно-импульсного модулятора 8 открыт ключ 4 и заперт

35 ключ 5. В это же время открыт управляемый вентиль 13 сигналом с выхода

16 модулятора 8. При этом ток нагрузки 1 протекает от положительного вывода питания инвертора через ключ 40

4, обмотку дросселя (от ключа 4 к ключу 5), управляемый вентиль 13 и нагрузку 1 ко второму плечу инвертора, и на нагрузке имеется падение напряжения, плюсу которого соответствует вывод 14 нагрузки 1. На дросселе ll также имеется некоторое падение напряжения, плюс которого cooTBeTGTBóåò верхнему выводу дросселя ll„ При этом в дросселе 11 происходит процесс накапливания энергии.

Такое состояние продолжается до момента формирования паузы на нуле.

Процесс формирования паузы на нуле характеризуется тем, что в течение всего времени, соответствующего паузе на нуле (ступенька в форме сигнала модулятора 8 на фиг. 1 а), точки (б ) и.(5) и/или (а) и (6) устройства закорочены по переменному току оба ключа (4 и 5) инвертора 60 закрыты, но управляемь1й вентиль, который был открыт до момента формирования паузы на нуле, остается открытым. Таким образом, после запирания ключа 4 открытым остается управляемый 65 Вентиль 13.

Поскольку магнитный поток дросселя 11 (и соответственно его ток) не изменяется скачкообразно, запиранию ключа 4 (т.е. разрыву токовой цепи дросселя 11) соответствует мгновенное изменение полярности напряжения на обмотке дросселя 11 и одновременное мгновенное увеличение этого напряжения до бесконечности, если в этот момент не подключен к дросселю

11 потребитель. Это напряжение из— нестно как ЭЛС самоиндукции дросселя.

Таким образом, в момент запирания ключа 4 дроссель 11 превращается в источник тока, при этом потенциал на его верхнем выводе отрицателен, а на нижнем положителен. При помощи диода 10 обеспечивается замыкание токовой цепи дросселя ll в течение всего интервала времени, соответствующего паузе на нуле. Ток в этом случае, не изменяя своей полярности и величины в обмотке дросселя 11, протекает от его нижнего вывода через управляемый вентиль 13, нагрузки 1, от точки (б ) к точке (g ) второго плеча 3 и через открывшийся диод 10 — к верхнему выводу дросселя 11.

Таким образом, в момент запирания ключа 4 в нагрузке 1 не изменяются ни направление тока, ни его величина. Соответственно при активном характере нагрузки 1 не изменяются величина и полярность напряжения на ней.

В течение всего, времени, соответствующего паузе на нуле, через нагрузку 1 протекает убывающий ток дросселя 11. Изменение тока дросселя является величиной обратнопропорциональной его индуктивности. Поэтому при выборе достаточно большой индуктивности дросселя 11 убывание

его тока в течение времени, соответствующего паузе на нуле, достаточно мало, что позволяет считать ток нагрузки 1 в этом интервале времени неизменным. Этот эффект известен как интегрирующее действие дросселя и используется в сглаживающих LCфильтрах, причем величина сглаженного напряжения на выходе фильтра равна среднему значению пульсирующего напряжения на его входе.

Таким образом, в течЕние вРемени, соответствующего длительности паузы на нуле, напряжение на нагрузке 1 остается практически неизмэнным (при ее активном характере) и равным той величине, которая установилась к моменту формирования паузы на нуле.

Соответственно потенциал вывода 14: нагрузки и нижнего вывода дросселя

11 также остается неизменным и положительным относительно отрицательной шины питания инвертора. При этом потенциал верхнего. вывода дросселя равен примерно 1В относительно от6815 25 рицательной шины инвертора (прямое падение напряжения диода 10) и не может быть более отоицательным благодаря действию диода 10.

По окончании нулевой паузы происходит переключение инвертора. Мо5 мент переключения характеризуется тем, что на выходе 6 модулятора 8 отсутствует сигнал отпирания ключа 4, а на его выходе 7 появляется сигнал отпирания ключа 5. На выходе 16 источника тактовой частоты отсутствует сигнал отпирания управляемого вентиля 13, à íà его выходе 15 появляется сигнал отпирания управляемого вентиля 12.

В результате отпирания ключа 5 15 потенциал нижнего (положительного) вывода дросселя 11 снижается до потенциала отрицательной шины питания инвертора. Дроссель 11 при этом шунтирован открытыми ключом 5 и диодом 20

10, ток дросселя протекает от нижнего вывода к верхнему через ключ 5 и диод 10. Управляемый вентиль 13 при этом запирается, поскольку его анод больше не находится под потенциалом, положительным относительно катода (при активном характере нагрузки). При индуктивном характере нагрузки 1 в момент отпирания ключа

5 в ней имеется убывающий ток, и управляющий вентиль 13 запирается с некоторым запаздыванием, в тот момент, когда ток нагрузки упал до незначительной величины.

С момента отпирания вентиля 12 ток проходит от положительной шины источника питания инвертора к точке (б ), через нагрузку к его выводу

14, через управляемый вентиль 12, через дроссель 11 (как и прежде, от верхнего к нижнему выводу) и через открытый ключ 5 к отрицательной шине источника питания инвертора. Поскольку ток дросселя 11 не изменяет скачкообразно своей величины, значение тока, протекающего через дрос- 45 сель 11 (соответственно через нагрузку 1), не изменяется, но в то же время изменяется его полярность в нагрузке 1, т.е. напряжение на нагрузке 1 изменяет полярность, оста- Я) ваясь неизменным по абсолютной величине.

Далее процессы повторяются.

Следует отметить, что неодновременность отпирания ключа и соответствующего ему управляемого вентиля не опасны для работы.инвертора: первым из открывшихся элементов закорачивается дроссель 11, а второй замыкается цепь тока нагрузки.

Таким образом, предложенный инвертор позволяет обеспечить неизменный по абсолютному значению ток в нагрузке 1 .нри изменении его полярности, .что соответствует прямоугольной форме напряжения неизменной амплитуды (для активного характера нагрузки) .

При этом используется интегрирующее действие дросселя 11, т.е. в процессе работы инвертора направление тока дросселя 11 остается неизменным, в результате чего амплитуда напряжения на нагрузке 1 примерно равна среднему значению выходного напряжения эквивалентного известного регулируемого широтно-импульсного инвертора.

При работе инвертора возможно ухудшение формы напряжения на нагрузке 1, например, в случае, когда характер нагрузки индуктивный (наличие выбросов напряжения) . В этом случае ухудшение формы напряжения на нагрузке 1 исключается при помощи выпрямителя 17 с конденсатором 18 и резистором 19 (в моменты выбросов напряжения диоды выпрямителя 17 отпираются, и конденсатор 18 шунтирует нагрузку 1, а затем разряжается через резистор 19) .

Формула изобретения

1. Двухтактный инвертор, содержащий по крайней мере пару подключенных к входным выводам управляемых ключей, входы которых подсоединены к широтно-импульсному модулятору, а их силовые электроды связаны с дросселем, диодом и выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массо-габаритных показателей, он снабжен дополнительным диодом и управляемыми вентилями, дроссель включен последовательно между силовыми переходами управляемых ключей, его крайние выводы через упомянутые диоды подключены к входным выводам, а через управляемые вентили — к одному из выходных выводов, причем управлявшие электроды последних подсоединены к широтно-импульсному модулятору.

2. Инвертор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, -.то, с целью исключения ухудшения формы выходного напряжения при индуктивном характере нагрузки, к выходным выводам подключен вход дополнительного выпрямителя, а к его выходу подключены параллельно соединенные конденсатор и резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

Р 1439676, кл. Н 2 F, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР ,М 490237, кл. Н 02 М 3/335, 1974.

3. Патент США Р 3938024, 321-2, 1976.

Составитель С.Огнев

Редактор Е.Кравцова Техред N.Келемеш Корректор В.Синицкая

Заказ 5101/49 Тираж 857 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r.Óæroðoä, ул.Проектная,4