Двухтактный транзисторный инвертор

)5- ф) т-11 ОЦЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ фдЯ":г е" " АВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ чно-исследовательзилый ьство СССР537, 1966.ьство СССР/537, 1984,ТРАНЗИСТОРНЫЙ образование постоеременное для сисектропитания и ость изобретения:(Л ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Запорожский науский институт радиосвя(57) Использование: преянного напряжения в итем вторичного ээлектропривода. Сущ силовые транзисторы 1, 2 двухтактного инвертора управляются с помощью трансформатора 4 тока. Обмотка 10 управления трансформатора 4 тока включена в выходную диагональ моста, выполненного на управляющих транзисторах 16, 18 р-п-р-типа, и дополнительных транзисторах 15, 17 п-ри-типа. При поступлении с блока 19 управления импульсов управления, открывающих диагонально-расположенные транзисторы 15, 18 или 16, 17 моста, включается один из силовых транзисторов 1 или 2. При снятии импульсов управления оказываются одновременно открытыми управляющие транзисторы 16, 18, и обмотка 10 управления трансформатора 4 тока шунтируется через оба силовых транзистора, 4 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики,Известен транзисторный инвертор, содержащий задающий генератор с управляемыми ключами и токовый трансформатор, одна из обмоток которого включена последовательнов цепь нагрузки, другие включены в базовые цепи транзисторов инвертора, дополнительная обмотка, имеющая среднюю точку, связана с управляющими ключами, а крайние выводы дополнительного трансформатора через укаэанные управляемые ключи, зашунтированные встречно включенными диодами, соединены с одним зажимом источника питания, средняя точка связана с другим зажимом источника питания через резистор.В известном техническом решении поочередно через силовые электроды одного из управляемых ключей, включенного по схеме с общим эмиттером одного из плеч и обратный диод другого плеча, протекает ток дополнительной обмотки токового трансформатора, трансформируемый из первичной обмотки.Токи баз указанных транзисторных ключей выбираются из условия их надежного открывания в эти переходные моменты времени переключения. Причем силовые электроды транзистора ранее включенного управляемого ключа в момент переходного процесса переключения оказываются зашунтированными проводящим обратным диодом, а по истечении времени переходного процесса переключения силовых транзисторов через коллектор этого управляемого ключа протекает ток, определяемый резистором в цепи среднего вывода дополнительной обмотки токового трансформатора, незначительный по величине; т,е, указанный управляемый транзисторный ключ остается все это время в режиме глубокого насыщения, что приводит к увеличению его времени запирания, а вместе с этим увеличивается и интервал времени запертого состояния силовых транзисторов относительно штатного, что снижает КПД преобразователя, Увеличение тока через резистор в цепи среднего вывода дополнительной обмотки токового трансформатора путем уменьшения сопротивления этого резистора с целью уменьшения времени переключения приводит к увеличению динамических потерь в силовых транзисторах в режиме холостого хода малых нагрузок и поэтому также снижает КПД ин вертора.Кроме того, при использовании известного транзисторного инвертора в составе5 10 15 20 2530 35 40 4550 55 стабилизированного преобразователя с модуляцией ширины импульсов управления, во время паузы в напряжении управления, на резисторе, включенном в цепи среднего вывода дополнительной обмотки токового трансформатора, бесполезно расходуется энергия, что снижает КПД преобразователя.Наиболее близким по технической сущ-, ности к предлагаемому устройству является двухтактный транзисторный инвертор, который содержит блок управления с трансформатором тока, первичная обмотка которого включена в силовую цепь транзисторов инвертора, обмотку управления, крайние выводы которой подключены к силовым выводам управляющих трансформаторов, другие силовые выводы - к общему выводу источника питания, а управляющие входы - к выходу формирования импульсов управления, цепь из последовательно соединенных диода и резистора, подключенную одним концом к среднему выводу обмотки управления трансформатора тока, и подсоединенный к общему выводу источника питания, возвратный диод, причем другой вывод возвратного диода подключен к среднему выводу обмотки управления трансформатора тока, а другой конец цепи из последовательно соединенных диода и резистора соединен с другим выводом источника питания через управляющий т ра н зистор, вход управления которого подключен к выходу формирователя импульсов управления,Недостатком известного технического решения является понижение КПД из-за наличия дополнительного управляющего транзистора в силовой цепи. В цепи управления этого транзистора также расходуется дополнительная энергия, снижающая КПД. Кроме того, формирователь импульсов управления должен иметь дополнительный третий выход, что усложняет транзисторный инвертор,Целью изобретения является повышение КПД и упрощение путем исключения дополнительного управляющего транзистора и третьего выхода формирователя импульсов управления, что влечет за собой уменьшение потерь мощности, расходуемой на дополнительном транзисторе и цепях формирователя сигнала управления этим транзистором,Укаэанная цель достигается тем, что в двухтактный транзисторный инвертор, содержащий силовые транзисторы и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно в силовую цепь инвертора, каждая баэсвая обмотка подключена к входу соответствующего силового транзистора, а обмотка управления отводом от средней точки соединена через первый диод с первым входным выводом.инвертора и связана кэждый крайним выводом с первым входным выводом инверторачерез соответствующий управляющий транзистор первого типа проводимости, введены двэ дополнительных транзисторавторого типа проводимости, каждый из которых соединен с соответствующим управляющим транзистором, образуя полумост,причем эмиттеры, тэк же как и базы, управляющего и дополнительного транзисторакаждого полумоста.объединены и подключены к соответствующему выходу блока управления, а укэзэннэя связь каждогокрайнего вывода обмотки управлениятрансформатора тока с объединеннымиэмиттерами управляющего и дополнительного транзисторов выполнена через введенный резистор, шунтирова нныйвведенным вторым диодом,Новым в предлагаемом техническом решении является введение дополнительныхтранзисторов второго типа проводимости,базы и эмиттеры которых объединены с базами и эмиттерами управляющих транзисторов первого типа проводимости.Объединенные эмиттеры указанных транзисторов подключены к крайним выводамобмотки управления токового трансформатора через введенные резисторы, зашунтированные введенными диодами, аобьединенные базы подключены непосредственно к парафазным выходам блока управления,Существенным отличием предлэгаемого технического решения является то, что всвязи с исключением формирователя импульсов управления с дополнительнымтретьим выходом и исключением связанного с этим выходом дополнительного транзистора уменьшаются потери мощности надополнительном транзисторе и упрощаетсясхема, так кэк базы управляющих транзисторов (основных и до пол н и тел ьн ых) соединяются непосредственно с пэрэфазнымивыходами блока управления,Положительный эффект достигается исключением дополнительного транзистора иформирователя импульсов управления стремя выходами, что снижэет потери мощности на них и упрощает схему.Нэ фиг, 1 изображена электрическаясхема двухтактного транзисторного инвертора; на фиг. 2 - временные зависимостинапряжений блока управления: нэ фиг. 3 -варианты выполнения блока управления,Двухтактный транзисторный инверторсодержит силовые транзисторы 1 и 2, эмит 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 теры которых обьединены и подключены к первому входному выводу, базы - к крайним выводам базовой обмотки 3 токового трансформатора 4, средний вывод которой подключен к первому входному выводу, который через диод 5 подключен к среднему выводу обмотки управления трансформатора 4, Коллекторы транзисторов 1 и 2 подключены через токовые обмотки 6 и 7 трансформатора 4 к крайним выводам первичной обмотки 8 выходного трансформатора 9, средний вывод которой подключены к второму входному выводу.Управляющая обмотка 10 трансФорматора 4 подключена через резисторы 11 и 12, зашунтировэннь 1 е обратно включенными диодами 13 и 14, к объединенным попарно эмиттерам транзисторов 15 и 16 верхнего плеча и 17 и 18 нижнего плеча соответственно,Коллекторы транзисторов 15 и 17 обьединены и подключены к второму входному выводу, а коллекторы транзисторов 16 и 18 обьединены и подключены к первому входному выводу., Базы транзисторов 15 и 16 обьединены и подключены к первому выходу блока 19 управления, второй выход которого подключен к объединенным бэзом транзисторов 17 и 18. Блок 19 управления подключен к выходу задающего генератора 20, Нагрузка 21, зэшунтированнэя сглаживающим конденсатором 22, подключена через фильтр 23 к выходу выпрямителя 24, вход которого подключен к вторичной обмотке 25 выходного трансформатора 9.Временные характеристики управляющих напряжений изображены нэфиг, 2, Эпюрэ 26 соответствует напряжению нэ выходе задающего генератора 20, эпюра 27 - напряжению на эмиттерах транзисторов 15 и 16, эпюрэ 28 - напряжению на эмиттерах транзисторов 17 и 18, эпюра 29 - напряжению на обмотке 25 трансформатора 8.Блок 19 (фиг, 3 и 4) содержит триггер 31, парэфэзные выходы которого подключены к одним из входных выводов схем совпадения И-НЕ 32 и ЗЗ. Выходы схем 32 и 33 совпадения подключены к входам элементов 34 и 35, реализующих функцию НЕ. Счетный вход триггера 31 подключен к выходному выводу задающего генератора 20, а также к цепи формирования пилообразного напряжения, состоящей иэ конденсатора Зб и резистора 37. Пилообразное напряжение с выхода этой цепочки подается через разделительный конденсатор 39 к неинвертирующему входу компэраторэ 40, начальное смещение нэ который поступает через резистор 41 со среднего вывода потенциометра 42. Выходы элементов 34 и 35 подключены через резисторы 43 и 44 к попарно объединенным базам транзисторов 15 и 16, 17 и 18 соответственно. На общий вывод элементов 34 и 35 подается небольшое отрицательное смещение (-0,8 В), Вариант блока 19 с исключенными буферными транзисторами (фиг. 4) отличается от схемы фиг, 3 отсутствием резисторов 43 и 44, причем выходы элементов 34 и 35 подключаются непосредственно к цепочкам 11 и 13, 12 и 14. Кроме того, на общий вывод элементов 34 и 35 не подается отрицательное смещение, а этот вывод соединен с общим выходным выводом блока 19,Двухтактный транзисторный инвертор работает следующим образом.Задающий генератор 20 вырабатывает напряжение прямоугольной формы 26, которое прикладывается к входу блока 19 управления.На выходах блока 10 управления существуют напряжение 27 и 28, длительность которых изменяется в зависимости от величины входного напряжения и тока нагрузки, Напряжение с выходов блока 19 управления прикладываются к объединенным базам транзисторов разного типа проводимости 15 и 16, 17 и 18 соответственно.Пусть. например, на верхнем выходе блока 19 управления существует положительное напряжение, Транзистор 15 при этом находится в проводящем состоянии, а транзистор 16 заперт, Транзистор 18 нижнего плеча открыт, а транзистор 17 заперт. К обмотке 10 токового трансформатора 4 прикладывается напряжение с эмиттера транзистора 15 через резистор 10 (и ромежуток времени т 1 - то, фиг, 2). Полярность напряжений на обмотке 10 трансформатора 4 такова, что диод 13 находится в непроводящем состоянии, а диод 14 и транзистор 18 - в проводящем состоянии, Диод 5 при этом находится в непроводящем состоянии. После снятия положительного напряжения на выходах блока 19 управления 19, во время паузы (промежуток 12-О 1), оказываются открытыми транзисторы 16 и 18, поэтому обмотка 10 трансформатора 4 шунтируется через диод 13, а также диод 5, переходящий в проводящее состояние, Напряжения на обмотках 10 и 3 трансформатора 4 резко умвньшантся, происходит рассасывание неосновных носителей в базовой области транзистора 1, и он закрывается, Благодаря действию токовой обратной связи через обмотку 5 трансформатора 4 переключение транзистора 1 происходит регенеративно, причем ток базы и коллектора этого транзистора пропорционален току нагрузки, чтоуменьшает потери на нем,Кроме того, токовая обратная связьуменьшает потери от сквозных токов, На 5 пример, если открыт транзистор 1, то направление тока через токовую обмотку 6трансформатора 4 сохраняется неизменным, Наведенное напряжение на обмотках10 и 3 будет сохранять прежнюю поляр 10 ность, Напряжение, приложенное черезбалластный резистор 12 после появленияположительного напряжения на эмиттеретранзистора 17, падает на этом резисторе,и транзистор 2 остается закрытым до мо 15 мента запирания транзистора 1. Для следующего полупериода процессы протекаютаналогично, Величины резисторов 11 и 12выбираются из условия. получения малыхстатических потерь при минимальном токе20 нагрузки.Наличие буферных эмиттерных повторителей на попарно соединенных транзисторах 15-18 разного типа проводимостинеобходимо при повышенных мощностях25 преобразования. При меньших мощностяхвозможно исключение умощняющего буфера на транзисторах 15-18 и непосредственное подключение цепочек из резисторов 11и 12, зашунтированных диодами 13 и 14, к30 выходам блока 19 управления.Пропорционально токовое управлениеуменьшает статические потери преобразователя, Так, при увеличении тока нагрузки,ток, протекающий по токовым обмоткам 6 и35 7 трансформатора 4, наводит на базовойобмотке 3 этого трансформатора напряжение, увеличивающее базовый ток транзисторов 1 или 2, в результате чегостатические потери на транзисторах 1 или 240 остаются на низком уровне.Блок 19 управления в виде широтноимпульсного модулятора работает следующим образом. Задающий генератор 20вырабатывает положительные прямоуголь 45 ные импульсы малой скважности(с близкимк единице коэффициентом заполнения) -эпюра 26. Это напряжение подается на счетный вход триггера 31, а также на ВСО-цепочку 36 - 38, 41 формирования пилообразного50 напряжения, постоянная времени. которойпри подаче на нее положительного напряжения определяется величиной емкостиконденсатора 36 и величиной эквивалентного сопротивления цепочки из резистора 37,55 параллельно которому включен резистор,41,Вз 7Й 41х+ = С 36 - СзбВЗ 737 + 41То = Сзб Йотк 38 40 45 50 55 где г+ - постоянная времени цепочки для положительного напряжения;йз 7, 841- сопротивления резисторов 37 и 41 (входное сопротивление Вк 4 о компаратоРа 40 не УчитываетсЯ, так как Ввк,40 Вз 7),Диод 38 при этом закрыт и не оказывает влияния. Постоянная времени цепочки формирования пилообразного напряжения при нулевом напряжении на выходе генератора 20 возбуждения определяется величиной . емкости конденсатора 36 и сопротивлением открытого диода 38 7 о - постоянная времени цепочки для нулевого входного напряжения;Воткза - сопротивление диода 38 в проводящем состоянии.ВВИДУ ТОГО, ЧтО ВоткЗ 8ЯЗ 7, тО гот+ (емкость разделительного конденсатора 39 Сз 9 Сзб выбирается значительно большей, чем емкость хронирующего конденсатора 36; сопротивление резистора 37 Вз 7 К 41, В 42, поэтому влиянием конденсатора 39, резисторов 41 и 42 и входного сопротивления компаратора 40 пренебрегаем). Таким образом, конденсатором 36 заряжается в течение интервала И - со через резистор 37 и разряжается в течение интервала т 2-И через резистор 37 и разряжается в течение интервала 12-14 через открытый диод 38, Форма напряжения на неинвертирующем входе компаратора 40 повторяет форму напряжения на резисторе 37 и имеет протяженный спадающий участок в течение интервала времени т 4-10 и быстрый возврат к максимальному значению в момент времени 12, Напряжения на парафазных выходах имеют вид прямоугольных импульсов с частотой.следования, в два раза меньшей, чем входная, причем фаза на прямом выходе противоположна фазе на инверсном выходе.Эти импульсы с противоположными фазами поступают на первые входы элементов 32 и 33, реализующих функцию И-НЕ, на вторые объединенные входы которых посту, пают импульсы 30 с выхода компаратора 40, на неинвертирующем входе которого, как указано выше, существует пилообразное напряжение, а на инвертирующем входе напряжение равно выходному напряжению ин вертора.Длительность импульсов 11-то на выходе компаратора 40 зависит от величины нагрузки и напряжения на входе инвертора. Так, при увеличении нагрузки (или при уменьшении входного напряжения). снижа 5 10 15 20 25 30 35 ется напряжен, . на инвертирующем входе компаратора 40. В результате увеличится интервал времени до отсечки компаратора 40, т.е, увеличится интервал времени положительного импульса на его выходе, что приводит к увеличению интервала низкого потенциала (поочередно по полупериодам) на выходах элементов 32 и 33, а значит, интервала положительного потенциала на выходах элементов 34 и 35, подключенных через резисторы 43 и 44 к базам транзисторов 15 и 16, 17 и 18 соответственно, т.е., в конечном итоге, к увеличению интервала открытого состояния транзистора 1 или 2, В результате увеличится количество энергии, накапливаемой и отдаваемой дросселем 23, и к повышению выходного напряжения до заданного стабилизированного уровня, Для уменьшения потерь на поочередно открываемых транзисторах 16 и 18 на их базы подается в эти моменты времени небольшое отрицательное напряжение с элементов 34 и 35.Вариант схемы блока 19 управления для инвертора с исключенными транзисторами 15-18 изображен на фиг. 4, Алгоритм его функционирования не отличается от варианта с наличием указанных транзисторов, причем резисторы 43 и 44 в этом варианте исключены, Для достижения максимальной экономичности целесообразно в качестве элементов 31-35 использовать элементы микросхем, выполненных по К - МОП технологии. Например, в качестве элемента 31 - микросхему 564 ТМ 2, 32, ЗЗ - 564 ЛА 7, 34,35 - 56 ЛН 2. Величину питающето напряжения Е укаэанных микросхем целесообразновыбирать равной+15 В,Приведенные варианты выполнения блока управления поясняют алгоритм его работы при использовании двухтактного транзисторного инвертора в составе стабилизатора при небольших входных и выходных возмущениях, поэтому упрощены. Для улучшения стабилизации напряжения в указанные схемы блока управления должно быть введено усилительное звено в цепи инвертирующего входа компаратора 40.В случае нестабилизированного инвертора блок управления может быть,наоборот, существенно упрощен за счет исключения компаратора, цепочки формирования пилообразного напряжения, а также схем совпадения. Таким образом, в предлагаемом техническом решении отсутствует формирователь импульсов управления и дополнительный управляющий транзистор, подключенный к указанному формирователю, а выходы блока управления подключенынепосредственно через буферные транзи сторы разного типа проводимости к обмотке управления токового трансформатора, в связи с чем исключаются потери на управ.ление дополнительным транзистором и 5 . уйрощается схемное решение, что увеличивает КПД и упрощает инвертор,Формула изобретенияДвухтактный транзисторный инвертор, 10 содержащий силовые транзисторы и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно в силовую цепь инвертора, каждая базовая обмотка подключена к входу соответствующего силово го транзистора. а обмотка управления отводом от средней точки соединена через первый диод с первым входным выводом инвертора и связана каждым крайним выводом с первым входным выводом инвертора 20 через соответствующий управляющий транзистор первоо типа проводимости и блок управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и упрощения, введены два дополнительных транзистора второго типа проводимости, каждый из которых соединен с соответствующим управляющим транзистором, образуя полу- мост, подключенный между входными выводами инверторэ, причем эмиттеры, также как и базы, управляющего и дополнительного транзистора каждого полумоста обьединены и подключены к соответствующему выходу блока управления, а указанная связь каждого крайнего вывода обмотки управления трансформатора тока с обьединенными эмиттерами управляющего и дополнительного транзисторов выполнена через введенный резистор, щунтированный введенным вторым диодом.орректор Н.Буч аж Подписноекомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 дательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,роизводстве Заказ 2402 Т ВНИИПИ Государственно 11303