Транзисторный инвертор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублин. щ 961 078 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлеио 09,02,81 (21) 3246587/24-07 с присоединением заявки Йо Н 02 М 7/537 Государстаенный комитет СССР по аелам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 23 09 82.Бюллетень Мо 35 РЙ УДК 621. 31458(088.8) Дата опубликования описания 23,09, 82(72) Авторы изобретен Сазо В.Т. Барабаш и йбышевский институт инженеров железй йщцо " 1 Г .т / транспорта с . 71 Заявите(54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ИНВЕРТ 2 5 2 2 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания, электро- привода и автоматики для преобразования постоянного напряжения в пере менное напряжение синусоидальной формы посредством транзисторных ин верторов.Известны транзисторные инверторы с выходным напряжением синусоидальной формы, в которых формирование выходного напряжения осуществляется параметрически путем двухполярной широтно-импульсной модуляции.Инвертор состоит из силового мостового инвертора и схеьи управления. Схема управления включает источник синусоидального опорного напряжения, интегратор-сумматор и по роговое устройство. На входы интегра тора-сумматора подается выходное напряжение преобразователя и опорч ное напряжение, а его выход подключен к входам пороговых устройств, осуществляющих управление силовым каскадом непосредственно или через логические схемы 1).Для таких инверторов характерны высокое качество выходного напряжения ( низкий коэффициент гармоник) после фильтрации, относительно высокий КПД и простота построения силового каскада.Недостатком данного инвертора является надежность, обусловленная сложностью технической реализации. Кроме того, для питания элементов устройств управления требуются дополнительные источники питания,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор, выполненный по схеме с интегрирующим дросселем насыщения, который включен между базами транзисторов преобразователя через последовательно соединенные источник опорного синусоидального напряжения и ключ переменного тока, управляющие выходы которого подключены к дополнительньнк обмоткам выходно- го трансформатора преобразователя 23Недостатком известного инвертора являетсято, что к первичным обмоткам трансформатора приложено напряжение, равное разности между напряжением питания 0 и и падением напряжения на ключевых элементах Ок, а к входу времязадающей цепи (последовательно соединенные источник опорного синусоидального напряжения и дроссель насыщения) приложено напряжение п(О-О)+О 9-., где и - коэффициент трансформации, а О- напряжение на переходе эмиттер - база открытого транзисторного ключа,Поэтому при неидентичности диод- но-транзисторных ключей, т;е. ОдФ О, рабочая точка сердечниКа трансформатора преобразователя в цроцессе модуляции смещается под действием постоянной составляющей напряжения в направлении индукции насыщения. Это приводит к тому, что переключение одного из транзисторных ключей осуществляется. под действием насыщения интегрирующего дросселя, а второго - под действием насыщения сердечника трансформатора, что снижает точность воспроизведеНия синусоидального опорного напряжения и КПД схемы.Кроме того, поскольку к входу переключающей схемою цепи приложено напряжение, в которое входит величина Оэ-, а не напряжение, приложен= ное к первичной обмотке трансформатора, то это приводит к снижению коэффициента стабилизации параметрического канала.Переключение транзисторов в данной схеме при налиЧии выходного фи-. льтра или активно-индуктивной нагрузки осуществляется при условии Ы(, где ив ток базы транзисторного ключа, 1 з - ток через дроссель в момент его насыщения. Поэтому для того, чтобы сохранить точность воспроизведения заданной функции опорного напряжения, источник опорного напряжения должен иметь жесткую выходную характеристику, что также приводит к снижению КПД схемы, так как для создания такой характеристики потребуется дополнительная мощность.Помимо этого, момент переключения схемы зависит от тока нагрузки, что также снижает точность воспроизведения опорного сигнала.Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения и КПД.Цель достигается тем, что в транзисторном инверторе с параметрическим формированием синусоидальног выходного напряжения, содержащем двухтактный усилитель класса 0 и соединенную с выходом времязадающую цепь обратной связи в виде последовательно соединенных источника опорного синусоидального напряжения и интегрирующего. дросселя насыщения., усилитель выполнен с дополнительным переключающим трансформатором, к обмотке которого встречно-параллельно подключены два вспомогательных ключа, управля 1 О ющие входы которых подключены к вве.денному измерительному резистору,включенному последовательно в укаэанную времяэадающую цепь,Укаэанные ключи могут быть выполнены в виде полупроводниковых элементов с релейной характеристикой, подключенные к первичной обмотке переключающего трансформатора через диоды, а между точкой соединения каждого ключа и диода и отводом от средней точки этой обмотки :включен конденсатор.На фиг. 1 показана принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 диаграммы напряжений,. Инвертор (фиг. 1 ) содержит двухтактный усилитель 1 мощности, выполненный по схеме автогенератора с дополнительным переключающим трансформатором 2, интегрирующий дроссель 3насыщения, источники синусоидального опорного напряжения, измерительный резистор 5 и вспомогательныеключи б и 7. Вторичная обмотка выходного трансформатора 8 подключена к нагрузке 9. Крайние точки егопервичной обмотки соединены с коллекторами транзисторов 10 и 11, ачерез ограничивающий резистор подключены к крайним выводам первичнойобмотки дополнительного трансформатора 2.Параллельно первичной обмоткетрансформатора 8 подключена такжевремязадающая цепь, состоящая из З 5 последовательно соединенных дросселя 3, источника 4 опорного напряжения и измерительного сопротивления 5, а параллельно первичной обмотке трансформатора 2 подключены 40 вспомогательные ключи 6 и 7. Управляющие входы ключей б и 7 подключены к измерительному резистору 5,который имеет общую точку соединения с крайними выводами первичных 45 обмоток трансформаторов 2 и 8.Инвертор работает следующим образом.Когда открыт транзистор 10 генератора 1 (интервал 1 фиг. 2),к обмотке дросселя 3 приложена разность напряжения, наводимого накрайних выводах первичной обмоткитрансформатора 8, и опорного напряжения. Под действием этого напря 1 жения происходит перемагничиваниесердечника дросселя от индукциинасыщения -В з до индукции насыщения +В 9 (фиг,2 б). Пока сердечникдросселя не насыщен, т.е..-ВВВ+Вз, ток через его обмоткумал и не влияет на работу генератора 1, транзисторы которого поддерживаются в насыщении током базовых обмоток трансформатора 8,При насыщении сердечника дрос селя ток в его обмотке резко воэ10 растает, что приводит к включениювспомогательного ключа б. Первичная обмотка дополнительного трансформатора .2 оказывается замкнутойдля данной полярности напряжения,при этом пропадает напряжение набазовых обмотках и транзистор 10выходит,иэ насыщения. Происходитлавинообразное переключение транзисторов 10 и 11 эа счет положительной обратной связи,После включения транзистора 11(интервал г ) полярность напряжения на обмотке изменяется, ключ бвыключается, а к обмотке дросселя3 прикладывается напряжение, рав,ное сумме напряжений, наводимых накрайних выводах первичной обмоткитрансформатора 8 и опорного напряжения. Под действием этой суммы напряжений происходит перемагничивание 20сердечника дросселя от +В до -Вз(Фиг. 2 д). При его насыщении, когда В равно -Вэ, происходит включение ключа 7, шунтирование первичной обмотки дополнительного трансформатора 2, выход иэ насыщениятранзистора 11 и переключение транзисторов 10 и 11. Далее процесс повторяется.Поскольку переключение предлагаемой схемы, так же как и в известнойсхеме, происходит при насыщении пере-ключающего дросселя, то среднее эапериод модуляции значение вЫходного напряжения преобразователя равно среднему значению опорного напряжения за тот же период и не зависитот изменений входного напряжения.Если между выходной обмоткойтрансформатора 8 и нагрузкой 9 установлен фильтр, то стабильность схемы 40можно увеличить, организовав контур обратной связи и воздействуя на.величину опорного напряжения Обпв функции отклонения выходного йапряжения. 45Для улучшения процесса переключения транзисторов 10 и 11 вспомогательные ключи б и 7 могут быть выполнены на транзисторах по схемеусилителя, охваченного положительной обратной связью, Такие ключиимеют релейную характеристику. Последовательно с ними включены диоды.Между средним выводом первичнойобмотки трансформатора 2 и общимиточками соединения диодов и транзисторных ключей подключаются конденсаторы 12 и 13. При этм, в течение времени с (открыт транзис- .тор 10), конденсатор 12 заряжается 60до напряжения О/2. После насыще- .ния сердечника дросселя и включения ключа б конденсатор 12 оказывается включен параллельно первичной полуобмоткетрансформатора 2, 65 причем полярность приложенного напряжения способствует быстрому закрыванию транзистора 10 и открыванию транзистора 11.В интервале с заряжается конденсатор 13 также до напряжении О/2,и после насыщения сердечника дросселя и включения ключа 7, он оказывается подключенным к первичнойполуобмотке дополнительного трансформатора 2 в .полярности, способствующей быстрому переключению транзисторов 10 и 11.Неидентичность параметров эмиттер.-баэовых переходов транзисторов10 и 11 не сказывается на работесхемы, поскольку коммутирующая схемуцепь включена непосредственно кпервичной обмотке трансформатора 8.Это приводит к повышению коэффициента стабилизации и точности воспроизведения заданной функции опорного напряжения, т.е. качества выходного напряжейия.От источника опорного напряженияв процессе переключения потребляется незначительный ток, примерно равный1 ГФ и Рргде и - коэффициент трансформациитрансформатора 2;й, 1- коэффициент усиления- по то 3ку транзисторов в ключахби 7,Поэтому мощность источника опорного напряжения в предлагаемой схеме значительно меньше, чем в извест.ной, что увеличивает КПД схемы. Впредлагаемой схеме КПД преобразователя будет выше также иэ-эа того,что на переключающую схему цепи невлияет неидентичность транзисторов10 и 11, которая .приводила бы к смещению рабочей точки линейного трансформатора, а следовательно и кдополнительным потерям мощности,Выходной каскад инвертора можетбыть выполнен и по мостовой схеме.Тогда коммутирующая цепь, состоящаяиз дросселя, источника опорного напряжения и измерительного резистора,подсоединяется к выходу мостовогоусилителя мощности.Формула изобретения1. Транзисторный инвертор с параметрическим формированием синусоидального выходного напряжения, содержащий двухтактный усилитель класса 0 и соединенную с выходом времязадающую цепь обратной связи в виде последовательно-соединенных источника опорного синусоидального напряжения и интегрирующего дрос 7 96107810 тселя насыщения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыщения качества выходного напряжения и КПД, усилитель выполнен сдополнительным переключающим трансформатором, к обмотке котороговстречно-параллельно подключены двавспомогательных ключа, управляющиевходы которых подключены к введенному измерительному резистору,включенному последовательно в указаннуюфвремязадаквую цепь.Ф,2. Инвертор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качествевспомогательных ключей использованы полупроводниковые элементы с релейной характеристикой, подключенные к первичной обмотке переключающего трансформатора через диоды,а между точкой соединения каждогоключа и диода и отводом от среднейточки этой обмотки включен конденсатор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Устройства преобразовательной техники, Киев, "Наукова Думка",1970, вып. 4, с. 93.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2858545/24-07,кл. Н 02 М 7/537 1979.961078 Составитель В, Моинедактор А. Шандор Техред,М,Рейвес етник ор Ге 7 Филиал ППП "Патент", Г. Уагород, ул.Проектная, 4 аказ 7310/72 Тираж ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, 1 Подписноевенного комитета СССРретений и открытий35,. Раушская наб., д;4/5