SU995226A1 - Двухтактный инвертор - Google Patents

Description

. (54) ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР

1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано дл  питани  радиоэлектронной аппаратуры .

Известны преоброватели напр жени , содержащие силовые ключи, трансформатор, выпр митель и сглаживающий фильтр 1.

Недостаток данных преобразователей состоит в наличии скачкообразных изменений токов в силовых цеп х, следствием чего  вл ютс  значительные коммутационные потери , низка  надежность работы силовых ключей, высокий уровень создаваемых электромагнитных помех.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  двухтактный инвертор, содержащий первый и второй силовые ключи, шунтированные возвратными диодами, блок управлени , св занный с управл ющими электродами силовых ключей, трансформатор, первична  обмотка которого, обмотка дроссел  и основной конденсатор соединены последовательно , к вторичной обмотке трансформатора подключен выпр митель с емкостным фильтром 2.

В известном инверторе коммутационные процессы имеют плавный характер. Однако

последовательное соединение силовых ключей усложн ет схему управлени , так как требуетс  гальваническа  разв зка, при этом потери на управление увеличиваютс . Кроме того, в моменты коммутации возможны

5 сквозные токи через силовые ключи, что увеличивает динамические потери и снижает эксплуатационную надежность.

Цель изобретени  - упрощение устройства , повышение его КПД и надежности

to путем обеспечени  режима пропорционально-токового управлени  без гальванических разв зки и исключени  одновременного отпирани  силовых ключей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в двухтактный инвертор, содержащий первый

15 и второй силовые ключи, шунтированные возвратными диодами, блок управлени , св занный с управл ющими электродами силовых ключей, трансформатор, первична  обмотка которого, обмотка дроссел  и основ20 ной конденсатор соединены последовательно, выпр митель с емкостным фильтром, подключенный к вторичной обмотке трансформатора , введены автотрансформатор, дополнительные конденсаторы и диоды, причем отвод от средней точки обмотки авто-.

трацсформатора подключен к первому входному зажиму инвертора, а крайние выводы -- к второму входному зажиму через си.ювые ключи, обмотка дроссел  и первична  обмотка трансформатора разделены на две секции, при этом перва  секци  дроссел , подключенна  к общей точке соединени  первичного силового ключа и обмотки автотрансформатора, перва  секци  обмотки трансформатора, основной конденсатор , втора  секци  обмотки трансформатора и втора  секци  обмотки дроссел , подключенна  к общей точке соединени  второго силового ключа и обмотки автотрансформатора , образуют последовательную цепь, в которой упом нутые секции обмоток соединены согласно, первый дополнительный конденсатор включен между управл ющим электродом первого силового ключа.и общей точкой соединени  основного конденсатора и второй секции первичной обмотки трансформатора, второй дополнительный конденсатор включен между управл ющим электродом второго силового ключа и общей точкой соединени  основного конденсатора и первой секции первичной обмотки трансформатора , входные цепи силовых ключей щунтированы дополнительными диодами.

В первом варианте блок управлени  содержит по два коммутирующих диода и транзистора, причем первый коммутирующий диод включен между управл ющим и силовым электродами соответственно первого и второго силовых ключей, а второй коммутирующий диод включен между управл ющим и силовым электродами соответственно второго и первого силовых ключей, а коммутирующие транзисторы шунтируют входные цепи силовых ключей, базы указанных транзисторов объединены и св заны с управл ющим зажимом блока.

Во втором варианте блок управлени  содержит датчик состо ни  инвертора, входами св занный с силовыми электродами силовых ключей, а выходом - с входом коммутатора и первым входом устройства регулируемой задержки, второй вход которого св зан с управл ющим входом блока, а выход - с объединенными базами коммутирующих транзисторов, которые шунтируют входныецепи силовых ключей, первый и второй выходы коммутатора подключены к управл ющим электродам соответственно первого и второго силовых ключей.

На фиг. 1 представлен предлагаемый двухтактный инвертор с первым вариантом исполнени  блока упралени ; на фиг. 2 - второй вариант выполнени  блока. управлени .

В устройстве (фиг. 1) к его первому входному зажиму I подключена обща  точка нолуобмоток 2 и 3 автотрансформатора 4. Конец первой полуобмотки 2 непосредственно соединен с первым электродом выходной цепи первого силового ключа 5, а указан .ча  цепь щунтирована первым возвратным диодом 6. Начало второй полуобмотки 3 непосредственно соединено с первым электродом выходной цепи второго силового ключа 7, а указанна  цепь щунтирована вторым возвратным диодом 8. Входные цепи силовых ключей 5 и 7 щунтированы первым и вторым дополнительными диодами 9 и 10.

Б каждом из силовых ключей 5 и 7 электрод общий дл  входной и выходной цепей непосредственно соединен с вторым входным зажимом устройства II.

Обмотка дроссел  12 и первична  обмотка трансформатора 13 выполнены двухсекционными . Перва  секци  14 обмотки дроссел  12, перва  секци  15 первичной обмотки трансформатора 13, основной конденсатор 16, втора  секци  17 первичной обмотки трансформатора 13 и втора  секци  18 обмотки дроссел  12 образуют последовательную цепь, в которой упом нутые выще секции обмоток соединены согласно, а сама последовательна  цепь включена между силовыми электродами ключей 5 и 7. Между первым выводом конденсатора 16 и управл ющим электродом первого силового ключа 5 включен первый дополнительный конденсатор 19. Между вторым выводом

5 конденсатора 16 и управл ющим электродом второго силового ключа 7 включен второй дополнительный конденсатор 20.

Управл ющие электроды силовых ключей 5 и 7 подключены к первому и второму выходным зажимам 21 li 22 блока 23

0 управлени . Первый и второй входные зажимы 24 и 25 блока 23 управлени  непосредственно соединены с первыми электродами выходной цепи силовых ключей 5 и 7. Зажим 26 блока 23 управлени , общий дл  входных и выходных цепей, непосредственно соединен с вторым входным зажимом 11 двухтактного инвертора.

В блоке 23 управлени  между первым выходным зажимом 21 и вторым входным

зажимом 25 включен первый коммутирующий диод 27, а между вторы.м выходным зажимом 22 и первым входным зажимом 24 включен второй коммутирующий диод 28. Между зажимами 21 и 26 включен первый коммутирующий транзистор 29, а между

зажимами 22 и 26 - второй коммутирующий транзистор 30. Управл ющие Электроды транзисторов 29 и 30 через резисторы св заны с управл ющим зажимом 31 блока 23 управлени .

Claims (2)

1. В блоке управлени  (фиг. 2) входные зажимы 24 и 25  вл ютс  входами датчика 32 состо ни  силовой части двухтактного инвертора. Выход этого датчика соединен с импульсным входом устройства 33 регулируемой задержки и входом коммутатора 34. Выход устройства 33 регулируе.мой задержки через резисторы соединен с управл ющими электродами ком.мутирующих транзисторов 35 и 36, выходные цепи которых включены между выходными зажимами 21 и 22 и зажимом 26, общим дл  выходных и входных цепей блока 23 управлени . Управл ющий (аналоговый) вход устройства 33 регулируемой задержки соединен с управл ющим зажимом 31. Принцип работы предлагаемого двухтактного инвертора рассматриваетс  на примере схемы (фиг. 1). При отпирании силового ключа 5, Например током смещени , задаваемым через резистор (фиг. 1, пунктир) между началом обмотки 3 и концом обмотки 2 автотрансформатора 4 возникает перепад напр жени , который вызывает зар д конденсатора 16 и, как следствие, повыщение потенциала первого вывода.этого конденсатора и понижение потенциала второго вывода. При этом через конденсатор 19 и 20 во входные цепи силовых ключей 5 и 7 передаютс  соответственно положительный и отрицательный входные токи, которые пропорциональны току зар да конденсатора 16. Ток зар да конденсатора 16 имеет синусоидальную форму, что обусловлено выбором соответствующей добротности контура, образуемого этим конденсатором и дросселем 12. Ток входной цепи ключа 5 измен етс  синхронно и синфазно с током силовой цепи , что обеспечиваетс  соответствующим выбором соотнощени  емкостей конденсаторов 16 и 19. Этим обеспечиваетс  режим пропорционально-токового управлени . Протекание тока колебательного LC-контура , образованного обмоткой дроссел  12 и конденсатором 16, через соединенные последовательно - согласно секции 15 и 17 первичной обмотки трансформатора 13 обуславливает передачу энергии через выпр митель и емкостный фильтр (не показаны) в нагрузку. Через полпериода колебательного процесса направление тока в контуре измен етс  на обратное. При этом ток колебательного контура начинает протекать через возвратный диод 6, и напр жение на силовом ключе 5 инвертируетс . Инверси  напр жени  на этом ключе блоком 23 управлени  воспринимаетс  как сигнал об изменении состо ни  силовой части инвертора, т. е. о переходе от этапа накоплени  энергии в колебательном контуре к этапу ее отдачи. При переходе к этапу отдачи энергии блок управлени  запрещает провод щее состо ние силовых ключей. Это осуществл етс  с помощью коммутирующего диода 28, который отпираетс  и предотвращает передачу через конденсатор 20 отпирающего тока во входную цепь силового ключа 7, пока из контура выводитс  энерги , и через возвратный диод 6 протекает ток, обеспечивающий инверсию знака напр жени  На силовом ключе 5. Во врем  вывода энергии направление тока конденсатора 19 соответствует поддержанию запертого состо ни  ключа 5. После вывода энергии из колебательного контура возвратныйдиод 6 запираетс , и соответственно запираетс  коммутирующий диод 28 в блоке 23 управлени . В течение времени передачи энергии в контур через силовой ключ 5 и затем вывода ее через возвратный диод 6 в автотрансформаторе 4 накапливаетс  энерги , так как была неизменной пол рность напр жени  на обмотках 2 и 3. При выводе накопленной энергии из автотрансформатора 4 задаетс  отпирающий ток через конденсатор 20 во входную цепь силового ключа 7 и запирающий ток во входную цепь силового ключа 5, что обусловлено протеканием тока обмотки 2 и 3 через конденсатор 16. В силу этого запирание коммутирующего диода 28 вызывает переход силового ключа 7 в состо ние проводимости и далее процессы повтор ютс . Таким образом, в двухтактном инверторе возникает режим автогенерадии, в процессе которого в нагрузку на вторичной стороне передаетс  энерги , а инвертор по отнощению к нагрузкам выступает в виде источника колоколообразных импульсов тока. Подача импульса управлени  на входной зажим 31 позвол ет перевести, коммутирующие транзисторы 29 и 30, в состо ние высокой проводимости и обеспечить срыв генерации путем щунтировани  входных цепей силовых управл емых ключей 5 и 7. Изменением во времени моментов подачи управл ющих импульсов и их длительности обеспечиваетс  регулирование выходной мощ;ности устройства. В блоке 23 управлени  (фиг. 2) при отпирании возвратного диода 6 и перехода от режима накоплени  энергии к режиму отдачи датчик 32 состо ни  силовой части двухтактного инвертора вырабатывает импульсный сигнал, перевод щий коммутатор 34 в новое состо ние («1 на выходе, соединенном с управл ющим электродом силового ключа 7). Одновременно с этим запускаетс  устройство регулируемой задержки , которое вырабатывает сигнал, перевод щий в провод щее состо ние коммутирующие транзисторы 35 и 36. По окончании задержки коммутирующие транзисторы перевод тс  в запертое состо ние, а сигнал «1 на втором выходе коммутатора 34 вызывает отпирание второго силового управл емого ключа 7. После этого возникают уже описанные процессы накоплени  и передачи энергии. Изменением величины задержки аналоговым сигналом через управл ющий зажим 31 обеспечиваетс  регулирование выходной мощности. Таким образом, предлагаемое устройство проще, так как два силовых ключа, объединены гальванически по цепи управлени , что.дает возможность освободитьс  от разделительных управл ющих трансформаторов и уменьщить потери на управление, а также более экономично, так как силовые управл емые ключи типа транзистора поставлены в режим пропорционально-токового управлени , и более надежно, чем известные, так как в схеме автоматически исключен режим одновременного отпирани  силовых ключей, поскольку один и тот же ток управлени   вл етс  отпираюш,им дл  одного силового управл емого ключа и запирающим дл  другого. Формула изобретени  1. Двухтактный инвертор, содержащий первый и второй силовые ключи, шунтированные возвратными диодами, блок управлени , св занный с управл ющими электро дами силовых ключей, трансформатор, первична  обмотка которого, обмотка дроссел  и основной конденсатор соединены последовательно , выпр митель с емкостным фильтром, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, отличающийс  тем, что, с целью упрощени , повышени  КПД и надежности в работе, в него введены автотрансформатор , дополнительные конденсаторы и диоды, причем отвод от средней точки обмотки автотрансформатора подключен к первому входному зажиму инвертора, а крайние выводы - к второму зажиму через силовые ключи, обмотка дроссел  и первична  обмотка трансформатора разделены на две секции, при этом перва  секци  дроссел , подключенна  к общей точке соединени  первого силового ключа, и обмотки автотрансформатора , перва  секци  обмотки трансформатора,-основной конденсатор, втора  секци  обмотки трансформатора и втора  секци  обмотки дроссел , подключенна  к общей точке соединени  второго силового ключа и обмотки автотрансформатора , образуют последовательную цепь, в которой упом нутые секции обмоток соединены согласно, первый дополнительный конденсатор включен между управл ющим электродом первого силового ключа и общей точкой соединени  основного конденсатора и второй секции первичной обмотки трансформатора , второй дополнительный конденсатор включен между управл ющим электродом второго силового ключа и общей точкой соединени  основного конденсатора и первой секции первичной обмотки трансформатора, входные цепи силовых ключей шунтированы дополнительными диодами. 2.Инвертор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  регулировани  выходной мощности блок управлени  содержитпо два коммутирующих диода и транзистора , причем первый коммутирующий диод включен между управл ющим и силовым электродами соответственно первого и второго силовых ключей, а второй коммутирующий диод включен между управл ющим и силовым электродами соответственно второго и первого силовых ключей, а коммутирующие транзисторы щунтируют входные цепи силовых ключей, базы транзисторов объединены и св заны с управл ющим зажимом блока. 3.Инвертор по п. 1, отличающийс  тем, что блок управлени  содержит датчик состо ни  инвертора, входами св занный с силовыми электродами силовых ключей, а выходом - с входом коммутатора и первым входом устройства регулируемой задержки, второй вход которого св зан с управл ющим входом блока, а выход - с объединенными базами коммутирующих транзисторов, которые шунтируют входные цепи силовых ключей , первый и второй выходы коммутатора подключены к управл ющим электродам соответственного первого и второго силовых ключей. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Моин В. С., Лаптев Н. Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., «Энерги , 1972, с. 131, 193, рис. 5- 10«а, 6-9.
2. 2.Патент США № 3953779, кл. Н 02 М 3/315, 1976.

   / Оf )

   I cf,

   // О-

   //

   L/y

   J

   fff

   J/

   гг

   /у

   г

   Ji7

   Фиг./