Инвертор

Инвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реснублик

<и>729787 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)М. Кл. (22) ЗаЯвлено 0404;77 (21) 2468698/24-07 с присоединением заявки Hо

Н 02 М 7/537

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 250480. Бюллетень Н915 (5З) УДК 621. 314. .57(088.8) Дата опубликования описания 250480 (72) Автор изобретени я

A.A. Леонович (71) Заявитель (54 ) ИНВЕРТОР

Изобретение относиФся к приборо- строению, в частности, к технике магнитной записи и может быть использовано в качестве преобразователя напряжения для питания радиоэлектронных устройств.

Известны инверторы, содержащие коммутирующий трансформатор и ключи, через которые крайние выводы первичной обмотки выходного трансформатора соединены с одним иэ входных выводов источника питания,а другой вывод источника питания подключен к средней точке указанной обмотки (1) и (2).

Их недостатком является относитель- 15 ио низкая надежность работы из-за больших динамических потерь в ключах, так как при запирании ключа напряжение на нем может достигать удвоенной величины напряжения пи- 20 тания при практически неизменном большом значении индуктивного тока, предшестовавшим моменту переключения инвертора.

Известны инверторы, в которых.для 25 уменьшения динамических потерь.в ключах нагрузка шунтирована конденсатором, а в базы транзисторов включены цепочки, содержащие двухобмоточиые насыщающиеся дроссели (3). Эффектив- 30 ность таких инверторов высокая при неизменной нагрузке, ухудшается при изменении ее параметров.

Цель изобретения является повышение надежности инвертора путем уменьшения потерь в ключах.

Это достигается тем, что инвертор снабжен дополнительным двуквходовым элементом, соединенным своими входами через диоды с крайними выводаяи первичной обмотки выходного трансЯ>орматора, а выходами — с первичной обмоткой коммутирующего трансформатора. Кроме того, двухвходовый элемент может быть выполнен в виде двухвходового триггера, выходы которого соединены с крайними выводами первичной обмотки коммутирующего трансформатора через резисторы, причем средняя точка первичной обмотки коммутирующего трансформатора соединена с одним из входных выводов, а общая точка триггера электрически связана с другим выводом источника питания инвертора, электрическая связь может быть осуществлена через диоды, соединенные с крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, и через конденсатор — со

729787 средней точкой первичной обмотки коммутирующего трансформатора.

На фиг. 1 изображен предлагаемый ннвертор; на фиг. 2 — полумостовой вариант исполнения инвертора.

Инвертор содержит ключи 1 и 2 и коммутирующий трансформатор 3. Нагрузка 4 инвертора выполнена в виде индуктйвного элемента. На фиг. 1 нагрузкой 4 является первичная обмотка силового трансформатора 5. Крайние выводы б и 7 нагрузки 4 соединены через ключи 1 и 2 с шиной 8 питания инвертора.

Инвертор снабжен дополнительным элементом 9 для переключения коммутирующего трансформатора 3, выполненным в виде триггера с двумя входами 10 и 11, соединенными через диоды 12 и 13 с крайними выводами б и 7 нагрузки 4, а выходами 14 и

15 — с первичной обмоткой коммути- 20 рующего трансформатора 3. Нагрузка 4 шунтирована конденсатором 16.

Элемент 9 для переключения коммутирующего трансформатора 3 может быть выполнен в виде двухвходового р триггера на транзисторах 17 и 18, выходы 14 и 15 которого соединены с крайними выводами 19 и 20 первичной обмотки коммутирующего трансформатора 3 чер:з резисторы 21 и 22, при этом средняя точка 23 первичной обмотки коммутирующего трансформатора

3 соединена с одной шиной 24 питания триггера 9 (она же является шиной питания инвертора), а вторая шина питания триггера 9 электрически связана с шинами инвертора. В частности, эта связь осуществлена путем соединения шины питания.-триггера 9 через диоды 25 и 26 с крайними выводами б и " нагрузки 4 и че- @ рез конденсатор 27 — с шиной 24 питания инвертора. Инвертор имеет нходы 28 и 29 для работы в режиме синхронизации. Нагрузка 4 показана на чертежах со средним выводом. В мостовом варианте устройства средний. вывод не обязателен. Крайними выводами нагрузки 4. названы те выводы, при помощи которых она соединена со входами триггера 9 через -диоды

12 и 13 ° Эквивалентом индуктивного элемента — нагрузки . 4 может быть произвольная совокупность элементов, обладающая индуктивным характером.

Диоды 25 и 26 вместе с конденсатором 27 представляют собой источник питания триггера 9. Инвертор работает следующим образом.

В некоторый момент времени триггер 9 устанавливается в такое из двух возможных положений, при котором закрыт ключ 17 и открыт ключ 18.

Соответственно на одной из первичных полуобмоток первичной обмотки коммутирующего трансформатора (выводь1 23 и 20) и на его вторичной обмотке 30 появляется напряжение. Полярность обмотки 30 выбрана такой, при которой в рассматриваемый момент времени ее сигналом открывался бы ключ 1 и закрывался бы ключ 2, При этом диод 12 включен в прямом направлении, и на вход 10 триггера 9 поступает внешний сигнал с вывода б нагрузки 4, удерживающий дополнительно ключ 17 триггера 9 в запертом состоянии, диод 13 включен н обратном направлении, и на входе 11 триггера 9 внешний сигнал отсутствует.

Ключ 1 инвертора остается открытым.до момента насыщения коммутирующего трансформатора 3. С момента насыщения коммутирующего трансформатора 3 напряжение на его обмотках равно нулю (ток.его первичной обмот-. ки при этом ограничен резистором 22), и все ключи инвертора оказываются закрытыми.

Известно, что напряжение на конденсаторах не может мгновенно изменяться, поэтому напряжение на конденсаторе 27 в течение всего процесса запирания ключа 1 остается практически неизменным. Так как при этом потенциал среднего вывода нагрузки

4 фиксирован,. то потенциал вывода б нагрузки 4 в течение всего времени запирания ключа 1 не изменяется и примерно равен потенциалу шины 8 питания инвертора, т. е. весь процесс запирания ключа 1 осуществлен н наиболее благоприятных для него условияхпри очень малом значении напряжения на ключе 1.

После запирания ключа 1 происходит колебательный процесс в контуре, образованном индуктивностью нагрузки 4 и емкостью конденсатора 16.

Этот процесс заключается н том, что конденсатор 16 разряжается, а затем перезаряжается, в результате чего напряжение на закрытом ключе 1 достигает примерно удвоенного значения напряжения питания инвертора, а напряжение на закрытом ключе 2 уменьшается примерно до нуля, и наступает момент, когда, потенциал вывода 7 нагрузки 4 оказйвается запирающим для клю-ча 18 триггера 9 ° В этот момент диод

13 оказывается включенным в прямом направлении и ключ 18 триггера 9 за-. пирается, т; е, происходит переключение триггера 9. К моменту переклю чения триггера 9 на его втором входе

10 отсутствует внешний сигнал, так как на выходе б нагрузки 4 имеется высокое напряжение, и диод 12 включен в обратном направлении.

В результате переключения триггера 9 первая полуобмотка (выводы 23 и 20) коммутирующего трансформатора 3 отключена (ключ 18 закрыт), а ко второй его полуобмотке (выводы 23 и 19) приложено напряжение.

Соответственно на вторичной обмотке 30 появилось напряжение обратно729787

55 го знака по отношению к имевшемуся ранее. Этим напряжением дополнительно запирается уже закрытый ключ 1 и, отпирается ключ 2, на котором в этот момент напряжение примерно равно нулю, эти условия, наиболее благоприятные для отпирания ключа. Дальше процессы повторяются аналогично описанным.

Таким образом, и запирание и отпирание ключей инвертора осуществлено при очень низком напряжении на них, благодаря чему практически полностью исключены динамические потери, имеющиеся в известном устройстве, т. е. устранен его недостаток повышена надежность. 15

Так как переключение каждого ключа происходит раздельно (сперва — запирание одного ключа, потом — отпира ние другого ключа) и только при низком напряжении на нем, то, во-первых, от изменения параметров нагрузки— практически не увеличиваются динамические потери в ключах и, во-вторых, полностью исключены. сквозные токи, являющиеся также существенным 25 недостатком ряда аналогичных известных-:устройств, снижающих их надежность °

Кроме того, наличие конденсатора

16 позволило устранить коммутационные перенапряжения на ключах и тем самьм дополнительно повысить надежность устройства.

Описанный режим работы инвертора — автоколебательный. В режиме работы с внешним возбуждением ключи З5

1<и 2 инвертора поочередно запираются короткими импульсами внешнего генератора, поступающими на входы

28 и. 29 инвертора.

В полумостовом варианте исполне- Щ ния (см. Фиг. 2) первичная обмотка

4 силового трансформатора 5 выполнена со средним выводом. Крайний вывод 6 этой обмотки не соединен с. ключами, но соединен через диод 12 со входом 10 триггера 9; крайний вывод 7,соединен через ключ 2 с шиной 8 питания инвертора и через ключ

1 — с шиной 24 питания инвертора.

При работе инвертора напряжение на ключах 1 и 2 не превышает величийы напряжения питания инвертора.

Соединение одной из шин питания триггера 9 через диоды 25 и 26 с крайними выводами б и 7 нагрузки

4 через конденсатор 27 — с шиной

24 питания инвертора позволило рас-.ширить область применения инвертора, в частности, применить его в качестве регулируемого с неполностью открывающимися ключами 1 и 2. 60

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства заключается в том, что один из основных показателей надежности коэффициент нагрузки по пиковой мощности ключей инвертора улучшен в 10 раз в инверторе, разработанном на напряжение питания 20 В при индуктивном токе выключения ключей, равном 1А. При повышении напряжения питания инвертора эффективность предлагаемого устройства повышается.

Формула изобретения

1. Инвертор, содержащий коммутирующий трансформатор и ключи, через которые крайние выводы первичной обмотки выходного трансформатора соединены с одним из входных выводов пля источника питания, другой иэ которых подключен к средней точке указанной обмотки, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен дополнительным двухвходовым элементом, соединенным своими входами через диоды с крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, а выходами — с первичной обмоткой коммутирующего трансформатора.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что двухвходовый элемент выполнен в виде двухвхоцового триггера, выходы которого соединены с крайними выводами первичной обмоткй коммутирующего трансФорматора через резисторы, причем средняя точка первичной обмотки коммутирующего трансформатора соединена с одним нз входных выводов, а общая точка триггера электрически связана с другим выводом источника питания инвертора.

3. Устройство по и. 2, о т- л ич а ю щ е е с я тем,-что, с целью расширения области применения, электрическая связь, осуществлена через диоды, которые соединены с крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, и через конденсатор — со средней точкой первичной обмотки коммутирующего трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ромаш Э.М. Транзисторные .преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры. М., Энергия, 19 75, с ° 10, рис. 1-6а,б (прототип).

2. Патент США М 3866107, кл. 321-4.

3. Моин В.С., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторнье преобразователи. M., Энергия, 1972, с. 338.