Двухтактный инвертор

/538, 1989. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБР СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики. Цель - повышение КПД и надежности ин 1721765 А вертора путем защиты от перегрузок базовых цепей силовых транзисторов при повышенных входных напряжениях. Двухтактный инвертор содержит двухтактный трансформаторный усилитель мощности со средней точкой, К крайним выводам переключающего трансформатора 8 через диоды 15 и 16 и первые резисторы 13 и 14 соответственно подключены стоки и затворы дополнительных полевых транзисторов 9 и 10 цепи защиты от сквозных токов. Транзисторы 9 и 10 цепи защиты от сквозных токов блокируют отпирание одного силового транзистора 1(2) на время запирания дру- ГОГО, 1 ИЛ,Изобретениеотноситсякэлектротехни- областях повышенных входных напряжеке и может быть использовано в системах ний.вторичного электропитания и автоматики. Указан ц дная ель остигается тем, что вИзвестны т анзисторные инверторы, двухтактном инверторе, содержащем силое жа ие задающий генератор и усили- . 5 вые транзисторы, коллекторы которых притель мощности, выполненный по двухтакт- соединены к к ц рной схеме на транзисторах. выходного трансформатора, эмиттеры - кНедостатком данных инверторов явля- первому входному выводу и к средней точкепаздывание запирания транзисто- обмотки трансформатора управления, край- ется запов об словленное конечным временем 10 ние выводы которои и до ключены к базам ров, о усл вт ов по ключенным к рассасыв ания неосновных носителей в ба- силовых транзистор, дзовых областях, из-за чего во время пере- первым силовым выводам вспомога ьтел ных хо ного процесса переключения транзисторов противоположных плеч, втоходного процесса переклтранзисторов развивается режим короткого рые силовые выв д р ов во ы кото ых чеоеэ диоды замыкания, приводящий к повышенным ди присоединены к крайним выводам обмоткиа и веления, а управляюнамическим потерям мощности. трансформатора упр- к с е ним точкам резистивИз известных технических решений на- щие выводы - к сред р иболее близким по технической сущности к ных делителей напряжения, причем второйпо ключен к с едней точке предлагаемому является преобразователь входной вывод д рнапряжения, которыи содержитт ый содержит два сило первичной обмотки выходного трансфортора коллекторы которых под- матора, вспомогательные транзисторы вывых транзиста к айние выво ы ключены к концамонцам первичной обмотки полнены в виде полевых, р дМния пот ансфо матора, выполненного резистивных делителеи напряже дсо с едней точкой, эмиттеры - к первому ключены соответственно р входному выводу и к средней точке обмотки 25 ловых транзисторов и к крайним выводам трансформатора управления, крайние выво- обмотки трансформатора управления одних ды которой подключены через базовые ре- и тех же плеч, причем направления провозисторы, зашунтированные ообратными димости диодов и вспомогательных транзииодами, к базам силовых транзисторов, сторов совпадают,диподключенным к первым силовым выводам 30 Резистор ц рвспомогательных транзисторов противопо- транзисторов, используемых в качестве ложных плеч, а управляющие выводы - к вспомогательных, имеют значительную весредним точкам рези тстивных делителей на- личину сопротивления, а соотношение этих пряжения, краиние вы дьвыводы которых под- резисторов выбрано таким, что обеспечиваключены к первому входному выводу и к 35 ется синфазность изменения напряжения коллекторам транзисторов иров противополож- на стоке и затворе указанных транзисторов ных плеч соотв тоответственно. В указанном пре- в начальный момент переходного процесса образователе снижены динамические запирания силового транзис р, д потери мощности вследствие активного за- вие выбора резисторов в цепях затворов пирания одного транзистораора с одновремен полевых транзисторов полевых вспомоганым блокированием отпирания другого тельных транзисторов значительной вели- транзистора. чины сопротивления, а также выбора ихОднако при применении повышенных соотношения, обеспечивающего синфазвходных напряжений потери на резисторах ность изменения напряжений на стоке и в цепях баз вспомогательных транзисторов 45 затворе этих транзисторов, уменьшаются биполярной структуры достигают значи- потери мощности на укаэанных резисторах тельной величины и не могут быть снижены и повышается степень блокирования отпибходимости обеспечения базовых рания одного силового транзистора на вретоков вспомогательных транзисторов, что мя запирания другого, что иповышает КПД снижает КПД преобразователя. Кроме того, 50 инвертора.при повышенных входных напряженияхпервичного источника завышенные базо- В известном инверторе - резисторы в вые токи запирания силовых транзисторов цепях баз вспомогательных транзисторов способствуют возникновению локальных. не могут быть выбранными большими по "горячих" точек в базовой области эапирае величине сопротивления из-за необходимо- мого силового транзистора и развитию вто- сти обеспечения токов баз этих транзисторичного пробоя, что снижает надежность ров (биполярной структуры), поэтомупотери мощности на указанных резисторахЦель изобретения - повышение КПД и значительно превышают потери в предлаганадежности путем защиты от перегрузок в емом инверторе, что снижает КПД известного устройства по сравнению с предлагаемым.Положительный эффект достигается снижением потерь мощности на элементах защиты от сквозных токов, что повышает КПД, и исключением перегрузок в цепях без силовых транзисторов в процессе их запирания, что повышает надежность при инвертировании повышенных входных напряжений. В известном устройстве приповышенных входных напряжениях потери на цепях защиты от сквозных токов достигают значительной величины, а также возможно возникновение вторичного пробоя базовых областей из-за их перегрузки прифорсированных токах запирания и повышенных частотах преобразования.На чертеже приведена схема двухтакного инвертора.Двухтактный инвертор состоит из силовых транзисторов 1 и 2, эмиттеры которых объединены и подсоединены к первому входному выводу, коллекторы подсоединены к крайним выводам первичной обмотки 3 выходного трансформатора 4, средний вывод которой подсоединен к второму входному выводу, базы подсоединены через резисторы 5 и 6 к крайним выводам обмотки 7 трансформатора 8 управления и к истокам вспомогательных транзисторов 9 и 10 противоположных плеч, затворы которых через резисторы 11 и 12 подключены к коллекторам силовых транзисторов 1 и 2 и через резисторы 13 и 14- к соответствующим концам обмотки 7 трансформатора 8, которыечерез диоды 15 и 16 подключены к стокам транзисторов 9 и 10. К вторичной обмотке 17 выходного трансформатора 4 подключена нагрузка 18.Двухтактный инвертор работает следующим образом. Импульсы с обмотки 7 трансформатора 8 поступают через резисторы 5 и 6 на базы силовых транзисторов 1 и 2, поочередно открывая один из них, одновременно закрывая другой, Вследствие инерционности транзисторов 1 и 2 указанные транзисторы закрываются не мгновенно, а через время, определяемое временем рассасывания не- основных носителей. Поэтому для предотвращения одновременного пропускания токов обеими транзисторами: транзистором, на который подано напряжение отпирающей полярности, и транзистором, который не успел закрыться вследствие своей инерционности (так называемых сквозных токов), служат дополнительные транзисторы 9 и 10.где Го 15, го 16 - сопротивления диодов 15 и 16 в проводящем состоянии; Пусть полярность на обмотке 7 трансформатора 8 такова, что открыт транзистор 1 и закрыт транзистор 2. Диод 15 при этом находится в непроводящем состоянии, поэтому дополнительный транзистор влияния не оказывает, Транзистор 10 закрыт через делитель на резисторах 12 и 14 положительным напряжением на его затворе, превышающим напряжение на своем стоке на величину, превышающую напряжение отсечки. При перемене полярности на обмотке 7 трансформатора 8 к резистору 5 приложено отрицательное напряжение относительно эмиттеров транзисторов 1 и 2, а к резистору 6 - положительное. Вследствие конечного времени рассасывания неосновных носителей транзистор 1 некоторое время остается открытым, на время переходного процесса закрывания этого транзистора напряжение на его коллекторе остается малым, вследствие чего транзистор 9 находится в открытом состоянии и отрицательное напряжение с обмотки 7 трансформатора 8 прикладывается через проводящий диод 15, силовые электроды транзистора 9 к базе транзистора 2. Поэтому на время переходного процесса закрывания транзистора 1 база транзистора 2 оказывается заблокированной и он остается в закрытом состоянии. Транзистор 10 влияния не оказывает из-за непроводящего состояния диода 16. По мере закрывания транзистора 1 напряжение на его коллекторе, приложенное через резистор 11 к затвору транзистора 9, возрастает и когда его значение достигает напряжения отсечки, указанный .транзистор закрывается. При этом снимается блокирование базы транзистора 2, который открывается через резистор 6. В следующем полупериоде процессы протекают аналогично. Число витков обмотки 7 трансформатора, определяющее величину напряжения на ней, а также величина сопротивления резисторов 5 и 6 выбираются из соображений обеспечения насыщенных состояний транзисторов 2 и 1 при их открывании, эффективного блокирования баз этих транзисторов через делители, образованные внутренними сопротивлениями открытых транзисторов 9 и 10 и резисторами 5 и 6, а также допустимыми обратными напряжениями эмиттерных переходов транзисторов 1 и 2:1721765 ния их отсечки. Для расширения функциональных возможностей предлаемого технического решения в сторону больших мощностей, качестве транзисторов 1 и 2 должны использоваться транзисторы с большим коэффициентом усиления по току или составные транзисторы, При этом легко обеспечивается соотношение резисторов 5 и 6 и внутренних сопротивлений открытых транзисторов 9 и 10,Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет осуществить эффективное блокирование (защиту) от перегрузок в базовых областях силовых транзисторов при повышенных входных напряжениях, а также минимальные потери на элементах защиты, что повышает КПД и надежность инвертора. Гсцотк 9, Гсцотк 10 - СОП рОТИВЛЕНИя СТОК-ИС- ток открытых транзисторов 9 и 10;В 5, Вб - сопротивления резисторов 5 и 6,При выполнении указанного соотношения на базах блокируемых транзисторов напряжение на базе отпираемого транзистора будет рано нулю или меньше нуля (отрицательное) относительно эмиттера на время переходного процесса закрывания запираемого транзистора. Внутренние сопротив- ЛЕНИЯ СТОК-ИСТОК Гсцотк 9, Гсцотк 10 И ВХОДНаЯ емкость затвор-исток транзисторов 9 и 10, включенных по схеме истоковых повторителей, имеют минимальную величину при выборе соотношения сопротивлений резисторов 13.и 11, 14 и 12, образующих делители напряжения;В 11В 13 и В 12В 14где В 11, В 12, В 1 з и В 14 - сопротивления резисторов 11-14.При указанном выборе соотношения сопротивлений резисторов, нарастающее напряжение на затворе транзистора 9 (10) практически не отличается от напряжения на его стоке в начальный момент переходного процесса запирания одного силового транзистора 1(2), чем обеспечивается синфазность изменения напряжений на стоке и затворе транзистора 9(10). При синфазном изменении напряжений на затворе и стоке транзистора истокового повторителя уменьшается его входная емкость и уменьшается выходное сопротивление, что обеспечивает безинерционную передачу отрицательного (относительно эмиттера) напряжения обмотки 7 трансформатора 8 через проводящий диод 15 (16) и малое внутреннее сопротивление сток-исток Есцотк транзистора 9(10) на базу транзистора 2(1), т,е. эффективное блокирование отпирания транзистора 2(1) на время запирания транзистора 1(2), что снижает динамические потери инвертора. Блокирование баз транзисторов 1 или 2 снимается тогда, когда напряжения на коллекторах запираемых транзисторов достигает значительной величины благодаря пороговой характеристике транзисторов 9 и 10, которые закрываются при напряжениях, превышающих напряже 51015 Формула изобретения Двухтактный инвертор, содержащийдва силовых транзистора, коллекторы кото 20 рых присоединены к концам первичной обмотки выходного трансформатора, эмиттеры - к первому входному выводу и к средней точке обмотки трансформатора управления, крайние выводы которой подключены через базовые резисторы к базам силовых транзисторов, подключенных к первым силовым выводам вспомогательных 25 30 транзисторов противоположных плеч, вторые силовые выводы которых через диоды присоединены к крайним выводам обмотки трансформатора управления, а управляющие выводы -к средним точкам резистивных делителей напряжения, причем второй входной вывод подключен к средней точке первичной обмотки выходного трансформатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем защи 35 40 ты от перегрузок в области повышенных входных напряжений, вспомогательные транзисторы выполнены в виде полевых, а крайние выводы резистивных делителей напряжения подключены соответственно к коллекторам силовых транзисторов и к крайним выводам обмотки трансформатора управления одних и тех же плеч, причем направления проводимости диодов и вспомогательных транзисторов совпадают. 4550 Составитель И, ФокинТехред М.Моргентал Корректор С. Шевкун Редактор Н, Яцола Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 961 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5