Транзисторный инвертор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»»851708

Союз СоветскихСоцивпистичесиих республик! (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01. 10. 79 (21) 2826311/24-07 (5i )IVl. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет

Н 02 M 7/537

Гасударственный комитет

СССР лю делам изобретений и открытнХ

Опубликовано 30.07.81. Бюллетень ¹.28

Дата опубликования описания 30 .07. 8 1 (5З) УДК621.314. .58(088.8) (72) Авторы изобретения

Г;В.Малышев и В.А.Медников

/

Куйбышевский авиационный инстиФ тт--ьщ. акад.

С.П.Королева (71) Заявитель (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено, в частности, как универсальный силовой ключ с гальванической развязкой в мостовых, полумостовых однотактовых инверторах, используемых для преобразова

5 ния постоянного напряжения в перемен-. ное.

Известен транзисторный инвертор, содержащий трехфазный мостовой инвер10 тор на параллельно соединенных в одном плече транзисторах, выходные обмотки трех управляющих генераторов прямоугольной формы, работающих со взаимным сдвигом (120 )и осуществляюl5 щих переключение силовых транзисторов, трехфазный маломощный выпрямитель на полупроводниковых диодах, подключенный через резисторы к средним точкам мостовой схемы, резисторы и обмотки электромеханического реле, образующие мостовую схему. В блоке защиты используется обратная связь релейного. типа, которая срабатывает при превышении напряжения на открытом транзисторе более чем 3 — 4 В..Отличительной осо.бенностью устройства является то, что чувствительные элементы защиты включены в балансную мостовую схему, равновесие которой нарушается при выходе транзисторов какого-либо плеча иэ ре-. жима насыщения fl ).

Однако у указанного мостового инвертора отсутствует защита от перегрузок по мощности рассеяния и по току коллектора, что значительно снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство, которое содержит силовые транзисторы, задающий генерат тор, обеспечивающий двухтактный режим работы, промежуточный усилитель, который через усилители .токов подсоединен к базам силовых транзисторов, источник питания цепей управления и измерительную схему, выполненную в виде

3 85170 двухвходового усилителя, один вход которого соединен с эмиттерами силовых транзисторов через разделительные диоды, а другой с источниками опорного напряжения (2 ).

В измерительной схеме величина опорного напряжения сравнивается с суммой падений напряжений на насыщенном силовом транзисторе между коллектором и эмиттером, и разделитель-;.. ! о ном диоде. При превышении измеряемого напряжения относительно опорного увеличивается амплитуда напряжения питания промежуточного усилителя и,. как ,,следствие, ток базы силового транзистора, причем промежуточный усилитель выполняет в этом случае функции аналогового ключа, на аналоговый вход которого подается напряжение питания,, а на управляющий вход импульсы с задаI ющего генератора.

Однако в этом устройстве измерительная схема реагирует не на величину тока силового транзистора, а на величину напряжения между коллектором"и эмиттером открытого транзистора, поэтому, во-первых, при напряжениях питания силовых транзисторов, сравнимых с напряжением на опорном элементе, схема будет работать при низком КПД (большой Зя базовый ток не будет давать соответствующего напряжения на насыщенный коллектор-эмиттер силового транзистора), во-вторых, транзистор не защищен от перегрузки током в коллакторной и базовой цепях, в третьих, параллельное соединение силовых транзисторов с индивидуальными схемами управления невозможно, так как измерительная схеГ ма будет реагировать на суммарное кол-4 лекторио-эииттерное напряжение насыщения параллельно включенных силовых транзисторов. Кроме того, коэффициент передачи обратной связи, определяющей базовый ток силового транзистора, 4> зависит как от температуры, так и от индивидуальных характеристик элементов схемы.

Цель изобретения — повышение надежности и КПД инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторном инверторе, содержащем силовой транзистор, коллектор которого соединен с однйм иэ выводов для подключения нагРузки, задающий 55

4 генератор, соединенный с управляюшим входом аналогового ключа, выход которого через усилитель тока подключен к базе силового транзистора, измери-..

8 4 тельный узел, выполненный на дифференциальном усилителе, один из входов которого подключен к эмиттеру силового транзистора, а второй — к узлу опорного напряжения, и источник питания цепей управления, причем другой вывод для подключения нагрузки соединен с одним из выводов для подключения источника питания инвертора, в измерительный узел введены резистивный мост, второй дифференциальный усилитель и аналоговый сумматор, при этом одна диагональ резистивного моста включена между эмиттером силового транзистора и общим выводом источника питания цепей управления, а другая диагональ подключена ко входам, второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключен ко второму выводу для подключения источника питания инвертора, выходы дифференциальных усилителей подключены ко входам аналогового сумматора, а выход последнего— к аналоговому входу аналогового ключа.

На чертеже представлена функциональная схема инвертора.

Транзисторный инвертор содержит силовой транзистор 1, коллектор которого через нагрузку 2 подключен к одному из выводов для подключения источника

3 питания инвертора, измерительный узел 4, состоящий из резистивного моста 5 на резисторах 6, 7, 8 и 9, одна иэ диагоналей которого подключена к эмиттеру силового транзистора и общему выводу 10 источника питания цепей уп» равления, первого дифференциального усилителя 11, один из входов которого подключен к мжттеру силового транзис» тора, а другой к узлу 12 опорного напряжения, второго дифференциального усилителя 13 и аналогового сумматора

14, выход которого подключен к аналоговому входу аналогового ключа 15, управляющий вход последнего соединен с выходом задающего генератора 16, а выход через усилитель 17 тока к базе силового транзистора i. Входы второго дифференциального усилителя 13 подключены ко второй диагонали резистивного моста 5, а инвертирующий вход и ко второму выводу для подключения источника 3 питания инвертора.

Выходы дифференциальных усилителей

11 и 13 подключены ко входам аналогового сумматора 14.

Транзисторный инвертор работает следующим образом.

5 85170

При поступлении отпирающего сигнала с генератора 16 на управляющий вход аналогового ключа l5 выходное напряжение сумматора 14 через аналоговый ключ 15 подается на усилитель 17, определяя величину тока базы силового транзйстора 1, отпирающего последний.

По коллекторной цепи силового транзистора 1 через нагрузку 2 начинает протекать ток. При увеличении коллек- !0 .Торного тока силового транзистора 1 от 0 до 1!! с диагойали реэистивного арпа» моста 5 разностное напряжение через дифференциальный усилитель 13, сумматор 14, аналоговый ключ 15, усилитель !5

17 увеличивает базовый ток силового транзистора до балансировки резистивного моста.

При выборе соответствуницих величин сопротивлений моста 5 поддерживается 20 постоянное отношение 12! / 1 .

Действительно, из принципиальной

1 314 +1 12. 1Н+

+I3, I„" l2- R +1 ° К

Благодаря существующей обратной 25 связи через дифФеренциальный усилилФ тель 13 выполняется Ijo = 1! Rg IS R8 0 °

Если Rg R>, то >Q< =I>- Р9, " (I< R8 !14.ф!2) ткуд я. 8= ъ 9 и ъ

2!-/R нли " — 2 = тогда I14/1 =69/R8 зо

Q.

-1"... I,» 1„; 14=1, IÄ/ IÄ- +1.

Таким образом, существующая О15ратная связь позволяет поддерживать постоянным отношение 1„ 1 во всем диапазоне токов коллектора транзистора 1 от 35

4, обеспечивая минимальные . !"6О!» потери в цепи управления и максимально возможное быстродействие на отключение, так как степень насыщения транэистора всегда оптимальна. 40

Формула изобретения ления, п25ичем другой вывод для подключения нагрузки соединен с одним из выводов для подключения источника питания ннвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КЦЦ, в измерительный узел введены резнстивыай иост, второй дифференциПри увеличении тока коллектора си- лового транзистора 1 1к l 1! !1!а» выполняется условие ЦО„> U<, на выходе нелинейнОгО дифференциальнОгО усилите 45 ля 11 появляется ток, направление которого противоположно направлению Выходного тока линейного дифференциального усилителя 13, общий выходной ток сумматора 14 уменьшается, что приводит к уменьшению величины тока на выходе усилителя 17 тока, и, как следствие, к уменьшению тока базы силового транзистора 1, который начинает подзапираться, увеличивая коллекторно-змит-.. терное напряжение. Последнее приводит к увеличению тепловой мощности, выделяемой на силовом транзисторе 1, Дальнейшее увеличение коллекторного

8 6 тока приведет к линейному уменьшению тока базы силового транзистора 1 и увеличению выделяемой на нем тепловой мощности. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не сработает тепловая защита, отключающая задающий генератор 16 (тепловая защита совмещена с задающим генератором), который закроет силовой транзистор l, Таким образом, предлагаемый транзисторный инвертор обеспечивает при увеличении коллекторного тока силового транзистора 1 линейное увеличение тока базы в диапазоне токов коллектора от 0 до 3 „,„,, линейное уменьшение тока базы при увеличении тока коллектора 3 >. 3 < >< и отклонение силового транзистора 1 при его нагреве.

Такое управление током базы силового транзистора 2 позволяет увеличить стабильность и точность пфщержания отношения тока базы к току нагрузки,,увеличить КПД при малых напряжениях и токах нагрузки, предотвратить пере» грузки по токам базы и коллектора, упростить параплельное соединение силовых транзисторов без выравниваю. щих сопротивлений в цепи эмиттера, так как за счет обеспечения линейной зависимости тока базы от величины тока коллектора происходит автоматическое выравнивание коллекторно-эмиттерных напряжений и равномерное перераспределение токов через ннх.

Транзисторный инвертор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с Одним из выводов для подключения нагрузки, задающий генератор, соединенный с управляющим входом аналогового ключа, выход которого через усилитель тока подключен к базе силового транзистора, .измерительный узел, выполненный на дифференциальном усилителе, один иэ входов которого подключен к эмиттеру силового транзистора, а второй - к узлу опорного напряжения, и источник питания цепей управ7 851708 8 альный усилитель и аналоговый сумматор, альных усилителей подключены ко входам при этом одна диагональ резистивного аналогового сумматора, а выход последмоста включена между эмиттером силово- него — к аналоговому входу аналогового го транзистора и общим выводом источни- ключа. ка питания цепей управлейия, а другая . 5 Источники информации.,,диагональ подключена ко входам второго принятые во внимание при экспертизе дифференциального усилителя, инверти- 1. Авторское свидетельство СССР рунлций вход которого подключен ко вто- 9 192910, кл. Н 02 М 7/48, 1967. рому выводу для подключения источника 2. Авторское свидетельство СССР йитания инвертора, выходы дифференци" В 4?0048, кл. Н 02 М 7/515, 1977.

Составитель И.Никитин

Редактор Е. Папп Техред М.Коштура Корректор С.Корниенко

Заказ 6386/84 Тираж.730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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