Устройство для управления транзисторным инвертором

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 0% (И ЗВОН 02 Р ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7 1) Институт физических исследова-ний АН Армянской ССР(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯТРАНЗИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ,содержащеедва генератора прямоугольных импульсбв,на выходе каждого включена первичнаяобмотка трансформатора, фазосдвигающий узел, включенный между входомзапуска одного и выходом другогогенератора, формирователи импульсовуправления силовыми транзисторами,каждый из которых содержит токозадающий резистор и по одной вторичнойобмотке соответствующих трансформаторов, о т л и ч а ю щ е е с .я тем,что, с целью уменьшения мощности управления транзисторным инвертором иповышения надежности устройства путемуменьшения коммутационных потерь всиловых транзисторах, оно снабженов каждом формирователе импульсовдвумя дополнительными вторичнымиобмотками разных трансформаторов,токозадающим резистором и двумя дополнительными транзисторами, эмиттерыкоторых соединены с токозадающимирезисторами, а коллекторы - с эмиттером силового транзистора, базакоторого соединена с началами двухдополнительных вторичных обмотокразных трансформаторов, концы которых соединены с базами дополнительных транзисторов и началами другихдополнительных вторичных обмотоктех же трансформаторов, а концыэтих обмоток соединены с началамидругих вторичных обмоток другихтрансформаторов; и концы последнихподключены к свободным выводамтокозадающих резисторов.10967Изобретение относится к электротехнике и может быть использованопри преобразовании постоянного напряжения в переменное, в частности,в транзисторных инверторах напряжения с регулируемой выходной мощностью методом широтно-импульсноймодуляции,Известно устройство для управления транзисторным инвертором, содержащее импульсный усилитель мощностис дополнительными гасящими цепями,вырабатывающее переменное напряжениев виде разнополярных импульсов одинаковой длительности и амплитудыс определенной паузой между ними 1 3.Однако это устройство не обеспечивает напряжение отрицательногосмещения на базе силовых транзисторов инвертора вмомент перехода последних из состояния проводимостив запертое состояние, что приводитк увеличению коммутационных потерьв силовых транзисторах, уменьшениюнадежности и КПД инвертора. . 25Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство, содержащее два генераторапрямоугольных импульсов, на выходекаждого иэ которых подключена первичная обмотка трансформатора, фазосдвигающий узел, включенный междувходом запуска одного и выходомдругого генератора, формирователиимпульсов управления силовыми транзисторами, каждый из которых содер 35жит балластный резистор и по однойвторичной обмотке соответствующихтрансформаторов21.Недостатками известного устройства40являются большие потери мощности науправление и низкая надежность,Это определяется тем, что присовпадении полярностей импульсовнапряжений на вторичных обмотках45в противоположном направлении к баэаэмиттерному переходу силового транзистора прикладывается напряжениеобратного смещения, равное приблизительно удвоенному значению напряжения вторичной обмотки одного изтрансформаторов. В течение времени,при котором выходные напряжениягенераторов имеют разную полярность,через балластный резистор протекаетТок, примерно равный половине токабазы силового транзистора.Ступенчатое увеличение напряже"ния обратного смещения на входе си 51 1лового транзистора ограничиваетамплитуду запирающего напряженияпри переходе силового транзистораиз проводящего состояния в запертое,что приводит к увеличению временизапирания транзистора и, в результате,к увеличению коммутационныхпотерь.Наличие тока в балластном резисторе при запертом силовом транзисторе приводит к увеличению мощности управления.Целью изобретения является уменьшение мощности управления транзисторного инвертора и повышение надежности путем уменьшения коммутационных потерь в силовых транзисторах.Поставленная цель достигается.тем, что устройство для управлениятранзисторным инвертором, содержащее два генератора прямоугольныхимпульсов, на выходе каждого из которых включена первичная обмоткатрансформатора, фазосдвигающий узел,включенный между входом запуска одного и выходом другого генератора,формирователи импульсов управлениясиловыми транзисторами, каждый изкоторых содержит токозадающий резистор и по одной вторичной обмоткесоответствующих трансформаторов, снабжено в каждом формирователе импульсов токозадающим резистором, двумядополнительными вторичными обмотками разных трансформаторов и двумядополнительными транзисторами, эмиттеры которых соединены с токозадающими резисторами, а коллекторы -с эмиттером силового транзистора,база которого соединена с вторичнымиобмотками разных трансформаторов,другие концы этих обмоток соединеныс базами дополнительных транзисторови началами других дополнительных вторичных обмоток тех же трансформаторов, а свободные концы этих обмотоксоединены с другими вторичными обмотками других трансформаторов, соединенных свободными концами с токозадающими резисторамиНа фиг.1 представлена электрическая схема устройства управления транзисторным инвертором; на фиг.2диаграммы, поясняющие его работу.Устройство управления схема которого обведена пунктиром) содержитгенераторы 1 и 2 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фа3 10967эосдвигающий узел 3, подключенныймежду генераторами, трансформаторы4 и 5, первичная обмотка каждогоиз которых подключена к выходу соответствующего генератора, два формирователя импульсов управления силовыми транзисторами 6 и 7 инвертора, подключенных к выходу последних.Укаэанные формирователи включаютв себя транзисторы 8-1 1, эмиттерыкаждого иэ которых соединены с токозадающими резисторами 12-15 соответственно, и вторичные обмотки4 а, 46, 4 в, 4 г, 4 д, 4 е трансформатора 4 и 5 а, 56, 5 в, 5 г, 5 д, 5 е транс 15форматора 5. Вторичные обмотки разныхтрансформаторов с одинаковыми буквенными индексами соединены последовательно. Пары последовательно соединенных обмоток 4 аа, 46-56, 4 гг,4 дд подключены к базам транзисторов 8-11 и к свободным выводам токозадающих резисторрв 12-15 соответственно. Последовательно соединенныеобмотки 4 вв подключены к базам25транзисторов 8 и 9, а точка их последовательного соединения подключенак базе транзистора 6, эмиттер которогосоединен с коллекторами указанныхтранзисторов, Аналогичным образомпоследовательно соединенные обмотки304 ее подключены к базам транзисторов 10 и 11, а точка их последовательного соединения подключена к базе силового транзистора 7, эмиттеркоторого соединен с коллекторами 35укаэанных транзисторов.Транзисторы 8-11 в сочетаниис токозадающими резисторами 12-15образуют генераторы тока, управляемыесуммарным напряжением последовательно фвключенных обмоток 4 аа, 46-56,4 гг, 4 дд. Это суммарное напряжение представляет собой последовательность импульсов напряжения разнойполярности, одинаковой амплитуды ф 5и длительности с паузой между ними;Длительность импульсов и пауза междуними зависят от угла Фазового сдвигавыходных напряжений генераторови 2,задаваемого Фазосдвигающим углом 3. Обмотки 4 вв, и 4 ее образуют источники коллекторного питания,а база-эмиттерные переходы силовыхтранзисторов 6,7-коллекторные нагрузки генераторов тока. В течение времени, когда к базам и коллекторамтранзисторов 8 и 9 или 10 и 11 приложены напряжения положительной поляр 51 4ности, через базу силового транзистора 6 или 7 протекает импульс тока,вырабатываемого соответствующими генераторами токов. В течение промежут-,ка времени, когда полярности указанных напряжений имеют отрицательныйзнак или полярности напряжений вто" .ричных обмоток разных трансформаторов не совпадают, ток через базу силового транзистора прекращаетсяи к база-эмиттерному переходу последнего прикладывается напряжение отрицательного смещения, вырабатываемоеобмотками 4 вв, 4 ее. При фазировке вторичных обмоток, указанныхна схеме при помощи точек, обозначающих начала обмоток; импульсытока. через базы и напряжения на ба-.за-эмиттерных переходах разных силовых транзисторов сдвинуты на половину периода выходных напряжений генераторов,Применение дополнительных транзисторов в сочетании с токозадающимирезисторами в цепи эмиттера в качестве генераторов тока, управляемыхсуммарным напряжением двух последовательно включенных вторичных обмотокразных трансформаторов, позволяетуменьшить мощность управления силовыми транзисторами инвертора, так какгенераторы прямоугольных импульсовнапряжения развивают мощность тольков течение времени протекания базового тока силовых транзисторов.На фиг.2 а и 26 приведены временные диаграммы изменения напряженийна первичных обмотках разных трансформаторов за половину периода в предлагаемом и в известном устройствах.На Фиг.2 в приведена диаграмма изменения тока через первичные обмоткитрансформаторов в предлагаемом уст"ройстве, на фиг,2 г, 2 е - в известном. Индексы при буквенных обозначениях перечисленных параметров соответствуют номерам трансформаторов нафиг. 1. Суммарная мощность, развиваемая обоими генераторами для управления силовым транзистором в предлагаемом устройстве в соответствиис диаграммами 2 а, 26,2 в, определяется Р =203(1-Я , , где О- амплитуда напряжения на первичных обмоткахобоих трансформаторов; 1 - амплитудатока через них;- частота; Т -минимальная временная задержка выходных напряжений, необходимая для полного запирания силового транзистраТа же мощность в известном устройствев соответствии с диаграммами нафиг.2 а, 2 б. 2 г и 2 е составляет Р=203,следовательно, в предлагаемом устройстве мощность управления силовымтранзистором по отношению к известному меньше на дР=2 ЕТ 1007 (в процентах), При использовании в инверторе транзисторов большой мощностисоседней частоты ,: (44 5) мкси при=25 кГц МР =20 - 253. О Коммутационные потери, определяе" мые как мощность, рассеиваемые в силовом транзисторе инвертора при 15 переходе его из состояния проводимости в закрытое состояние, и наоборот, зависят от продолжительносТи этих процессов. Коммутационные потери при запирании на порядок превос ходят коммутационные потери при включении. Принудительное запирание путем приложения к база-эмиттерному переходу напряжения обратного смещения в момент перехода силового 25 транзистора из состояния проводимости в закрытое состояние приводит куменьшению времени запирания и, следовательно, уменьшению коммутационных потерь, повышению надежности.На фиг.2 ж,2 э приведены диаграммыизменения напряжения база-эмиттерсилового транзистора в схеме предлагаемого и известного устройств соответственно. Из этих диаграмм следует,что в схеме предлагаемого устройства.значение запирающего напряжения вмомент перехода силового транзистораот состояния проводимости в закрытоесостояние в два раза превосходитзначение этого же напряжения в схеме известного устройства. В результате время запирания в схеме предлагаемого устройства несколько меньше,порядка 1 мкс при использовании транзисторов большой мощности среднейчастоты с максимально допустимымобратным напряжением на базу 4 В, чтоприводит к уменьшению коммутационныхпотерь в силовых транзисторах иинвертора независимо от характеранагрузки самого инвертора.10967,51 1;1 Составитель С Пузановшненкова ТехредС.Мигунова Корректо иницка актор одписно П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 фил акаэ 3840/42ВНИИПИ Госупо делам и113035, Моск Тираж 667рственного комитетабретений.и открытийЖ, Раушская наб.