Двухтактный стабилизированный инвертор

 

- А Н

ОП С ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик р>729772

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0404.77 (21) 2472582/24 07 с присоединением заявки М 2474426/24-07 (23) Приоритет

Опубликовано 2504.80. бюллетень 8915

Дата опубликования описания 250480 (51)М. Кл.2

Н 02 И 3/335

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621. 314. .58 (088.8) (72) Автор изобретения

Б.A. Глебов (») Заявитель (54) ДВУХТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быль использовано но вторичных источниках электропитания для преобразования постоянного напряжения н перемен5 ное или в постоянное напряжение другого уровня.

Известны днухтактные стабилизированные инверторы, содержащие выходной трансформатор, силовые управляемые ключи, выходной выпрямитель с емкостным фильтром и дроссель фильтра, включенный последовательно в цепь литания инвертора (1).

Недостаток данного инвертора состо-15 ит в увеличенных габаритах конденсатора и дросселя фильтра, так как энергия н нагрузку поступает прерывисто, а сердечник дросселя подмагничинается постоянным потребляющим 20 током иннертора.

Известен также двухтактный стабилизированный иннертор, в котором дроссель фильтра включен в цепь переменного тока последовательно с 2з первичной обмоткой выходного трансформатора. Благодаря этому энергия в нагрузку поступает непрерывно, отсутствует подмагничивание сердечника дросселя и габариты фильтра 30 уменьшены. Для управления силовыми ключами н этом инверторе использован компаратор, а измерительный орган выполнен н виде преобразователя выходного напряжения в частоту (21.

Недостатком данного иннертора является отсутствие ограничения тока силовых ключей, что приводит к снижению КПД при переменной нагрузке инвертора.

Цель изобретения — повышение КПД, надежности путем ограничения тока, силовых ключей на, заданном уровне и улучшение качества стабилизации.

Это достигается тем, что в двухтактном стабилизированном иннерторе, содержащем выходной трансформатор, первичная обмотка которого через дроссель фильтра подключена к входным питающим ныводам с помощью силовых управляемых ключей, шунтированных возвратными диодами, а вторичная обмотка подключена через выпрямитель к выходным выводам иннертора, шунтированным конденсатором фильтра, и блок управления с компаратором, Один вход которого соединен с источником опорного управляющего напряжения, а другой вход соединен с выходом измерительного органа, изме729772 рительный орган снабжен датчиком тока, включенным в питающую цепь инвертора. Блок управления может быть выполнен с независимым управлением силовыми ключами через триггер и логические схемы И, а также с самовозбуждением силовых ключей и синхронизацией через эапиракщие транзисторы-, соединенные по цепи управления с выходом компаратора. При этом самовозбуждение обеспечивается либо дополнительными обмотками на дросселе и трансформаторе, либо с помощью перекрестных резистивных связей.

На фиг. 1 показан вариант пред- 15 ложенной,схемы с независимым возбуждением; на фиг. 2 и 3 — варианты с самовозбуждением.

В инверторе (cM. фиг. 1) между питающими выводами 1 и 2 через датчик тока 3 включены параллельно две цепи, каждая из которых содержит соединенные последовательно первичную обмотку 4(5) выходного трансформатора 6, обмотку 7(8) дросселя 9 и силовой ключ 10(11), шунтированный диодом 12(13), Управляющий электрод силового ключа 10(ll) через согласующий каскад

14(15) соединен с выходом логической схемы И 16(17) . Первые входы схемы 3Q

16 и 17 соединены c выходами триггера 18, а их вторые входы соединены со счетным входом триггера.

Счетный вход триггера 18 через согласующий каскад 19 подключен к выходу З5 компаратора 20, один вход которого соединен с выходом датчика тока 3, а другой вхор — c выходом источника 21 опорного сигнала.

На вторичной стороне трансформатора б нагрузки 22 шунтирована конденсатором 23 и подключена ко вторичной обмотке 24 через выпрямитель 25.

Двухтактный стабилизированный инвертор работает следующим образом.

В установившемся режиме работы 45 конденсатор 23 фильтра заряжен, и поэтому напряжения на обмотках трансформатора 6 имеют прямоугольную форМу °

Пусть сигналом с выхода О тригге- 5{) ра 18 открыт силовой ключ 10. К первой обмотке дросселя 9 (обмотке7) при этом приложено постоянное напряжение, равное разности между напряжением питания и неизменным во времени Напряжением на первичной обмотке 4 трансформатора б. При постоянстве напряжения на обмотке 7 дросселя

9 ток, потребляемый от источника питания и передаваемый через трансформатор в нагрузку, нарастает .по линей- 40 ному закону.

В тот момент, когда на выходе датчика тока 3 сигнал, пропорциональный току, достиг. ет начения, задаваемого на ьторой вход компаратора 20 источ- 45 ником 21 опорного сигнала, на выходе компаратора появится сигнал, которым триггер 18- перебросится в состояние, противоположное начальному. Переброс триггера 18 вызывает исчезновение сигнала, поддерживающего ключ

10 в открытом состоянии, и через время, определяемое инерционностью ключа, прекратится протекание тока через него.

Пока происходит запирание силового ключа 10, на выходе компаратора, а следовательно, и на счетном выходе триггера присутствует сигнал.

Если, например, переброс триггера осуществляется сигналом 0 на счетном входе, то сигнал отпирания на силовой ключ 11 с выхода 0 триггера 18 не проходит через схему

17 и согласующий каскад 15. Благодаря этому предотвращается одновременность работы в открытом состоянии силовых ключей 10 и 11.

После запирания ключа 10 происходит передача энергии, накопленной в дросселе 9 в нагрузку, что вызывает протекание тока через диод 13, обмотку 8 дросселя 9 и обмотку 5 трансформатора б. При этом ток, передаваемый в нагрузку, спадает по линейному закону. Направление тока через датчик 3 во время передачи энергии из дросселя в нагрузку изменяется на противоположное, что вызывает исчезновение сигнала с выхода компаратора, а значит и исчезновение сигнала на входе триггера 18, т. е. на его счетном входе появляется сигнал 1 . С этого момента времени разрешается прохождение отпирающего сигнала через схему 17 и согласующий каскад 15 на управляющий электрод силового ключа 1!.

В тот момент, когда ток обмотки

8 дросселя 9 спадет до нуля, т. е. из дросселя полностью выводится энергия, происходит изменение полярности напряжения на обмотках трансформатора б, и от источника питания снова начинает потребляться ток, который протекает через соединенные последовательного обмотку 5 трансформатора б, обмотку 8 и ключ 11 и нарастает по линейному .закону. Далее процессы происходят. аналогично первому такту.

В инверторе (см. фиг. 2) трансформатор 6 содержит дополнительную обмотку 26, а дроссель 9 — дополнительную обмотку 27. Обмотки 26 и 27 трансформатора б дросселя 9 соединены последовательно, причем свободный вывод обмотки 27 через токоограничивающий резистор 28 связан с управлякицим электродом первого силового ключа 10, а свободный вывод обмотки 26 через токоограничивающий резистор 29 связан с управляющим электродом второго силового ключа 11.

729772

Входные цепи силовых ключей 10 и 11 шунтированы диодами 30 и 31.

Управляющий электрод первого силового ключа 10 через ключ цепи запирания, образованный соединенными последовательно диодом 32, коллекторно-эмиттерной цепью транзистора 33 и токоограничинающим резистором 34, подключен к шине 35, потенциал которой является запирающим по отношению к электродам управления силовых ключей ,10 и 11. Управляющий электрод второго о силового ключа .11 подключен к шине

35 через ключ цепи запивания, образованный соединенными последовательно диодом 36, коллекторно"эмиттерной цепью транзистора 33 и токоограни- 15 чивающим резистором 34.

Шина 35 запирающего смещения связана с выходами цепи, образованной соединенными последовательно обмотками 26 и 27, через диоды 37 и 38. 2О

Между шиной 35 и общей шиной 2 включен конденсатор 39.

Электрод управления ключа цепи запирания через согласующий каскад

19 подключен к выходу компаратора 20, один вход которого соединен с выходом датчика тока 3, а второй вход — с выходом источника 21.

В иннерторе (см. фиг. 3) в качестве шины запирающего смещения исполь- 3Q зован входной вывод 2, нулевой потен- циал которого является запирающим по отношению к электродам управления силовых ключей 10 и 11. В качестве ключа цепи запирания первого силового ключа 10 использована коллекторнозмиттерная цепь транзистора 40, а в качестве ключа цепи запирания второго силового ключа 11 и коллекторноэмиттерная цепь транзистора 41. управляющие электроды ключей це- 40 пей запирания силовых ключей 10 и

11 через резисторы 42 и 43 и согласующий каскад 19 подключены к выходу компаратора 20.

Цепь коммутации силовых ключей 45

10 и ll содержит соединенные последовательно обмотки трансформатора и дросселя, причем цепь из соединенных последовательно обмоток обра.зована силовой обмоткой 7 дросселя

9, первичной обмоткой 4 трансформатора б, перничной обмоткой 5 трансформатора 6 и силовой обмоткой 8 дросселя 9. Выводы этой цепи иэ последовательно соединенных указанных обмоток, соединенные непосредственно с электродами силовых ключей 10 и

11, подключены ко входам несимметричного переключателя тока 44, у которого первый выход через резистор 45 связан с электродом управления первого силового ключа 10 и связан через резистор 46 с электродом управления ключа цепи запирания второго, силового ключа 11. Второй выход несимметричного переключателя 44 через резистор б5

47 связан с электродом управления второго силового ключа 11 и связан через резистор 48 с электродом управления ключа (40) цепи запирания силового ключа 10.

Принцип действия инверторов, показанных на фиг. 2 и 3 одинаков и соответствует изложенному принципу действия инвертора, показанного на фиг . 1 со следующими особенностями.

Силовой ключ 10 (см. фиг. 2) поддерживается в открытом состоянии током соединенных последовательно дополнительных обмоток 27 и 26 соответственно дросселя 9 и трансформатора б, а ток ограничен токоограничиваю-. щими резисторами 28 . и 29.

Ток обмоток 26 и 27 одновременно с поддержанием открытого состояния силового ключа 10 обеспечивает напряжение запирающего смещения на управляющем электроде силоного ключа 11 за счет протекания тока обмоток.через диод 21.

В инверторе (см. фиг. 3) переключатель 44 установлен в такое состоя1 ние, при котором ток задается в точку соединения резисторов 45 и 46, поддерживая н открытом состоянии силовой ключ 10 и в запертом состоянии силовой ключ 11(при этом открыт транзистор 41).

В тот момент когда на выходе датчика тока 3 сигнал, пропорциональный линейно-нарастающему току, достигнет значения, задаваемого на второй вход компаратора 20 источником опорного сигнала 21, на ныходе комчаратора появится сигнал.

В схеме на фиг. 2 этим сигналом отпирается транзистор 33, и коллекторный ток этого, транзистора через диод 32 поступает в базоную цепь открытого транзистора 10, обеспечивая отрицательный ток управления.

Диод 36 при этом находится в запертом состоянии, так как потенциал на аноде этого диода ниже, чем потенциал на аноде диода 32. Отрицательным током базы силовой транзистор

10 выводится из состояния;насыщения.

Пока силовой ключ не заперся, т. е. находится во включенном состоянии ток продолжает нарастать и на выходе компаратора 20 присутствует сигнал.

В схеме на фиг. 3 сигналом с выхода компаратора 20 отпираются одновременно транзисторы 40 и 41, и это вызывает снижение до нуля тока, поддерживающего силовой ключ 10 в открытом состоянии.

Во время вывода энергии из дросселя напряжение на его обмотках неизменно и, следовательно спад тока через дроссель, равно как и его нарастание во время накопления энергии происходит по линейному закону.

В следующем такте, когда открыт ключ .11 и процессы протекают пол729772 ностью аналогично, нарастание тока через обмотки дросселя и трансформатора сменяет спад токов непрерывно, т. е. без какой-либо задержки.

Следовательно, построение схемы управления инвертором, как зто предложено в изобретении, обеспечивает непрерывность передачи тока в нагрузки на вторичной стороне трансформатора, причем тбк имеет треугольн форму тогда среднее значение — 10 тока, передаваемого в нагрузку, связано с амплитудным, потребляемым от источника питания, коэффициентом пропорциональности, равным 1/2. Поэтому осуществляемая в схеме фиксация амплитуды тока источника пита- 15 ния, достигаемая принудительным запиранием силового ключа, как только ток через него достигнет порогового значения, означает стабилизацию среднего значения тока, передаваемо- 20 го в нагрузку, причем это происходит независимо от напряжения питания.

Преимущество предлагаемого технического решения заключается еще и в том, что обеспечивается автомати- 5 ческая защита инвертора от перегрузок по току, что повышает надежность инвертора беэ необходимости введения каких-либо дополнительных цепей

-защиты.

Качество стабилизации может быть дополнительно повышено, если в качестве источника 21 опорного сигнала испольэовать усилитель обратной связи (рассоглаоования) с ограниченной амплитудой выходного сигнала. Ограни- ЗЗ ченность сигнала на выходе такого усилителя означает также ограниченность тока, который может быть передан в нагрузки на вторичной стороне, т. е. повышение качества ста- 40 билизации не достигается ценой снижения надежности.

Плавный характер нарастания тока через силовые управляемые ключи 10 и 11 и отсутствие сколь-нибудь значительного напряжения на них при отпирании способствует в предлагаемом устройстве дополнительному сокращению потерь (коммутационных) и повышению КПД.

Показанное на фиг. 2 подключение шины 35 запирающего смещения к выводам цепй из соединеннйх последовательно обмоток 26 и 27 через диоды 37 и 38 позволяет обойтись для создания И такого смещения без каких-либо дополнительных источников питания,.в частности без введения еще дополнительных обмоток трансформатора и дросселя.

Данный принцип построения схемы инвертора применим и для мостового варианта силовой цепи, когда первичная обмотка трансформатора и силовая обмотка дросселя, соединенные пос- б5 ледовательно, односекционные, а количество силовых Ключей, шунтированных диодами, равно четырем.

Формула изобретения

1. Двухтактный стабилизированный инвертор, содержащий выходной трансформатор, первичная обмотка которого через дроссель фильтра подключена

K входным питающим выводам инвертора с помощью силовых управляемых ключей, шунтированных силовыми воэвратчыми диодами, а вторичная обмотка подключена через выпрямитель к выходным выводам инвертора, шунтированным конденсатором фильтра, и блок управления с компаратором, один вход которого связан с источником управляющего напряжения, а другой вход соединен с выходом измерительного органа, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем ограничения тока силовых ключей на заданном уровне, улучшения качества стабилизации, измерительный орган снабжен датчиком тока, включенным в питающую цепь инвертора, выход которого подключен к одному входу компаратора, а к другому входу последнего подключен источник управляющего напряжения.

2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что указанный блок управления содержит триггер, счетный вход которого соединен с выходом укаэанного компаратора и две логические схемы типа И, выход каждой иэ которых соединен с цепью управляющего электрода соответствующего силового ключа инвертора, первый вход соединен с выходом триггера, а второй вход с выходом компаратора.

3. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что указанный блок управления содержит цепочку из последовательно соединенных дополнительных обмоток выходного трансформатора и дросселя,,подключенную между управляющими электродами силовых ключей, входы которых шунтированы диодами, и дополнительный запирающий ключ, связывающий через диоды источник запирающего смещения с управляющими электродами силовых ключей и соединенный по цепи управления с выходом компаратора.

4. Инвертор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в указанный блок управления введен переключатель тока и запирающие транзисторы, шунтирующие входы силовых клю-. чей, входы переключателя тока связаны с выходными цепями силовых ключей, а каждый иэ выходов через резисторы — со входом силового ключа данного плеча и с базой запирающего транзистора противоположного пле729772

Фиг.1

<а, причем последняя через резистор подключена к выходу компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CHING 9 3015771 кл. 321/15, 19б2.

2. Патент ФРГ М 2501527, кл. Н 02 рИ 13/22, 1976 (прототип).

729772

Фи*3

Составитель В. Моин

Редактор В. Фельдман Техред М.Куэьма, Корректор В. Синицкая

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1323/51 Тираж 763 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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