Двухтактный инвертор

.Я 2 М.7/53 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ тво СССР 7, 1979.ИНВЕРТОР, сформатор сомотки, подОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 30.07.83. Бюл. М 28 (72) В, И. Стук, Ю. Ф. Двойников, Р. Ц. Мухамедьяров и Г, А. Китаев (71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова(56) 1. Назарян К. Х. и ПрянишниковВ.А Преобразователи напряжения и тока на полевых транзисторах. Л., 1973, с. 22, рис. 8 б.2. Авторское свидетельс4797031, кл. НОМ 7/53(54) (57) ДВУХТАКТНЫЙсодержащий выходной трансредней точкой первичной об ключенной к входному выводу, крайниевыводы первичной обмотки которого подключены к коллекторам двух биполярныхтранзисторов, при этом эмиттеры последних объединены и подключены к общемувходному выводу и через резисторы - кбазам, а также два полевых транзистора,затворы которых образуют управляюшиевходы инвертора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПДпри переменной в течении полупериоданагрузке, введены два Ъ -диода, катодкаждого из которых подключен к базесоответствующего биполя рн ого транзистора, а анод - к его коллектору и стокуполевого транзистора, причем истокиполевых транзисторов соединены с общимвходным выводом.: Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и авто-матики пля преобразования постоянного напряжения в переменное. 5Известен пвухтактовый инвертор, со пержаиий источник питания, пва полевых транзистора, выхопной трансформатор с первичной вторичной обмотками и обмоткой обратной связи, стоки полевых тран зисторов соепинены с концами первичнойобмотки, отвоп от средней точки которой соепинен с оцним из полюсов источника питания, другой полюс которого соепинен с обоими затворами полевых транзисто роь и со срепней тачкой обмотки обратной связи, концы которой соединены с истоками полевых транзисторов 11Однако данный инвертор имеет низкий КП,П. обусловленный потерями мощности внутри канада полевого транзистора, так как папение напряжения на открытом полевом транзисторе является линейной функцией протекающего через него тока. При увеличении мошности преобра зования потери возрастают, что не позваляет создавать мощных инверторов на полевых транзисторах с высоким КПД,Наиболее близким к преплагаемому по технической сущности является пвухтактный инвертор, сопержаший выхопной трансформатор со средней точкой первичной обмотки; попкдюченной к входному вывопу, крайние выводы первичной обмотки которого подключены к коллекторам двух биполярных транзисторов, при этом эмиттеры послепних обьепинены и попключены к общему входному выводу и через резисторы к базам, а также пва полевых транзистора, затворы которых образуют управляюшие вхопы инвертора и соепинены с крайними вывопами первичной обМотки, причем истоки полевых транзисгоров соепинены со срепней точкой эрвичной обмотки, а каждый из стоков соепинен с базой соответствукяцего бипо-лярного транзистора 2.Недостатком известного инвертора является низкий КПД при переменной в течение полупериопа нагрузке, так как пля насыщения биполярных транзисторов приходится задавать в течение всего полу- периода ток базы в расчете на максимальную нагрузку. Кроме того, управляю ший ток базы транзистора, запаваемый от источника питания через полевой транзис тор, не проходит по первичной обмотке трансформатора, сдеповатедьно, мощност 1 цепи управления не является полезной. 570 2При переключении биполярных транзис торов из режима насьпцения в режим от сечки в процессе рассасывания неосновных носителей эаряпа в первичной обмотке трансформатора возникают сквозные токи привопяшие к дополнительным потерям энергии. Наибольшая мощность которая может быть преобразована инвертором, ограничивается максимально допустимым значением коллекторного тока и напряжения пля данного типа биполярного тран зистора.Цель изобретения - повышение КПД при переменной в течение подупериопа нагрузке.Поставленная цель постигается тем, что в пвухтактный инвертор, сопержаший выхопной трансформатор со срепней точкой первичной обмотки, подключенной к вхопному выводу, крайние вывопы первич ной обмотки которых попключены к коллекторам пвух биполярных транзисторов, при этом эмиттеры чослепних обьепинены и подключены к общему вхопному вывопу и через резисторы - к базам, а также пва полевых транзистора, затворы которых образуют управляющие входы инвертора, ввепены пва Л -пиопа, катоп каждого из которых попключен к базе соответствую шего биполярного транзистора, а анопк его коллектору и стоку полевого транзистора, причем истоки полевых транзисторов соединены с общим вхопным выво,пом.На фй. 1 препставдена принципиальная схема транзисторного пвухтактного инвертора; на фиг. 2 - временные пиаг раммы работы преобразователя; с - послеповательность входных импульсов на затворе полевого транзистора;Б - послеповательность импульсов на перехопе "исток-сток", полевого транзистора; Ь- кодлекторный ток биполярного транзис.тора; 1., - послеповательность импульсов на вторичной обмотке трансформатора;3 - посдеповатедьность импульсов на опном плече первичной обмотки; е - изменение сопротивления нагрузки;- после поватедьность импульсов на электродах Л -пиопа.Овухтактный инвертор содержит пва биполярных транзистора Х и 2, пва поле вых транзистора 3 и 4, выходной тренсформатор 5 с первичной обмоткой 6 и вторичной обмоткой 7, источник 8 пита. ния, пинамическую нагрузку 9, резисторы 3.0 и 11, которые шунтируют эмиътерно базовые переходы биполярных транзисторов, пва Л диопа 12 и 13 и управ3 1032ляющие входы 14 и 18. Один конец первичной обмотки 6 соединен с коллектором биполярного транзистора 2 и со стоком полевого транзистора 4. Отвод отсредней точки первичной обмотки 6, раэделяющий ее на цва плеча, соединен с положительной шиной источника питания иобразует входной вывод инвертора. Концы вторичной обмотки 7 соединены сдинамической нагрузкой 9, представляю Ощей собой, например, паратранс или варистор, Резисторы 10 и 11 шунтируютэмиттерно-базовые переходы соответственноо биполярных транзисторов 1 и 2, апараллельно коллекторно-базовым лереходам биполярных транзисторов 1 и 2включены диоды 12 и 13. Катод каждогоиэ диодов 12 и 13 соединен.с базойсоответствующего биполярного транзистора 1 и 2. Параметры каждого иэ Л -дио- йодов 12 и 13 выбираются такими, чтобырабочая точка лежала на левом скатехарактеристики диода, причем нацряжение рабочей точки Л -циоцор 12 и 13должно быть больше остаточного наприженин на открытых полевых транэисторах 3 и 4 при максимальном сопротивлении нагрузки (йфиг. 2, минималь-ный ток нагрузки) и меньше остаточного,напряжения насьпценных. биполярных тран- зозисторов 1 и 2 при минимальном сопротивлении нагрузки (Р , фиг. 2, максимвдьный ток нагрузки. Ток рабочайточки Л -диодов 12 н 13 должен бытьдостаточен цля насыщения биполярныхтранзисторов 1 и 2. Эмиттеры бинолярных транзисторов и стоки нолевых транзисторов 3 и 4 соединены с общей отрицательной шиной источника В питания,образующей общий входной вывод. Затво-,ры полевых транзисторов 3 и 4 соединены соответственно с управляюшими входами инвертора 14 н 18,Инвертор работает следующим образом.На управляющие входы 14 и 18 (зат воры полевых транзисторов 3 и 4) поступают с задающего генератора (не по казан) двухполярные прямоугольные импульсы меанцр (фиг. 2,а), На затворах полевых транзисторов 3 и 4 полярности 5 О напряжения поступающих в течение полу периода импульсов противоположны, Момент времени Ссоответствует началу полупериоца, а момент времени + - кон цу полупериода. В интервал времени пер вого полупериода 1-6, на затворе поле рого транзистора 3 действует, например, положительный импульс напряжения, а на 870 4затворе полевого транзистора 4 - отри дательный импульс напряжения. Полевой транзистор 3 открыт (фиг. 2,о), полевой транзистор 4 закрыт. Напряжение истокстокф открытого полевого транзистора 3 полностью приложено к Л -циоцу 12, При этом падение напряжения на открытом полевом транзисторе 3 (фиг, 2,5), обусловленное внутренним сопротивлением канала полевого транзистора, меньше нижнего предела отпирания Х -диода 12, следова тельно, биполярный транзистор 1 закрыт, коллекторный ток биполярного транзистора 1 равен нулю (фиг. 2,В). К переходу фисток-сток" закрытого полевого транзистора 4 и переходу "коллектор-эмиттерф, закрытого биполярного транзистора 2 при ложено напряжение, равное сумме наприжений источника 8 питания (ф ) и неработающего плеча первичной обмотки 6 трансформатора 8. При этом на Я диоде 13 действует напряжение, большее верхнего предела отпирания. Диод 13 также закрыт. Выходное напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 8 (фиг. 2), повториющее форму напряжения на одном из плеч первичной обмотки 6 трансформатора 8 (фиг. 2,д) поступает на паратранс 9. Паратранс имеет собственное сопротивление, которое изменяется в течение полупериода (фиг. 2 й е), Уменьшение сопротивления паратранса 9 вызывает увеличение тока вторичной обмотки 7, что привоцнт к увеличению тока работающего плеча обмотки 6 и тока полевого транзисто- ра 3, Увеличение тока полевого транзисто:ра 3 вызывает увеличение напряженияисток-стокй, которое является линейной функцией протекающего через полевой транзистор 3 тока, При цостиженин в момент времени Ънапряжением на пере ходе фисток-стокф полевого транзистора 3 нижнего порога отпирания Ь -циоц 12 открывается (фиг. 2,к), что приводит к открыванию биполярного транзистора 1. Открытый переход "коллектор-емиттерй биполярного транзистора 1 шунтирует открытый переход "исток сток" полевого транзистора 3. Ток работающего плеча обмотки 6 будет равен сумме коллектор- ного тока биполярного транзистора 1 и тока "исток-сток полевого транзистора 3. Поскольку перехоц фколлектор-эмнттерф транзистора 1 имеет меньшее внутреннее сопротивление, чем внутреннее сопро тивление затвора полевого транзистора 3, то потери мощности на этих транэисто рах снижаются, В течение времени Ь-,Р й когда Л -диод 12 и биполярный транзис10325тор 1 открыты, схема находится в динамическом равновесии, Дальнейшее уве личение тока нагрузки ведет к увеличению тока рабочего плеча первичной обмотки 6, а также к увеличению падения напряже ния на переходе коллектор эмиттер" биполярного транзистора 1, которое приложено к последовательно соединенным А -диоду 12 и резистору 10. Увеличение токадиоца 12 привоцит к увеличению тока базы биполярного транзистора 1 и, слвцовательно, уменьшению напряжения,.фколлектор-эмиттерф этого транзистора.Таким образом, в течение интервала вре- мени напряжение "коллектор-эмиттер" 15 бидолярного транзистора 1 стабилизировало. В дальнейшем сопротивление пара трВнса 9 возрастает, снижается ток нагрузки и ток рабочего плеча первичной обмотки 6. Уменыиается падение напряже ния на участке фколлектор-амиттер" транзистора 1, что приводит к снижению напряжения на г -диоде 12. В момент времени Ф 2 напряжение на А -циоде 12 становится меньше нижнего порога сра бетывания Л -диод 12 и биполярный транзистор 1 закрываются. В интервале времени Фв открытом состоянии остается только волевой транзистор 3 (фиг. 2,Ь). В момент времени Ф проис- ЗО ходит смена полярности управляющих на пряжений на затворах полевых транзисторов 3 и 4 (фиг. 2,е). Состояние па левых транзисторов 3 и 4 изменяется ню противоположное Полевой транэисм 35 тор 4 открывается, а полевой транэис тор 3 закрывается. Поскольку схема иивертора симметрична, работа во вто 870ром полупериоде происходит анало ГичноВведение двух Ъ диодов и включение каждого иэ них между базой биполярного транзистора и стоком полевого транзистора, а также подключение перехода истокстокф полевого транзистора параллельно переходу "эмиттер-коллектор" биполярного транзистора обеспечивают включение биполярных транзисторов только при определенных значениях напряжения на пер вичной обмотке трансформатора, появляющихся при изменении сопротивления нагрузки в течение полупериоца. При атом управляющий ток базы биполярного транзистора, обеспечивающий его насыще-, ние, протекает только в течение части времени полупериода, что снижает потери в цепи управления биполярным транзистором, Кроме того, управляющий токбазы протекает через рабочее плечо первичной обмотки, следовательно, мощность, затраченная в цепи управления биполярным транзистором, увеличивает полезную мощность инвертора.При смене полярности управляющего напряжения крутизна фронтов импульсов напряжения первичной обмотки трансформатора определяется только временем переключения полевых транзисторов, которое мало по сравнению с временем переключения биполярного транзистора, следовательно, уменьшаются дополнительные потери мощности, обусловленные сквозными токами, Таким образом, снижение потерь мощности на транзисторах обеспечивает увеличение КПД инвертора1032570 17/68 Тираж В 87 НИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытий 35, Москва, Ж 35, Раушская наб одписноеСССР д. 4/ ПП тф,г,Уж ая, 4 или Составитель И. икитинедактор Н, Сташишина ТехредЖ.КастелевичЕорректор О Тигор