СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУМОСТОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУМОСТОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ


RU (11) 2311719 (13) C1

(51) МПК
H02M 7/538 (2007.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006124111/09 
(22) Дата подачи заявки: 2006.07.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.07.05 
(45) Опубликовано: 2007.11.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1728950 A1, 23.04.1992. SU 1536362 A1, 15.01.1990. GB 1241153, 31.12.1970. 
(72) Автор(ы): Магазинник Лев Теодорович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU) 
Адрес для переписки: 432027, г.Ульяновск, Северный Венец, 32, ГОУ ВПО "Ульяновский государственный технический университет", проректору по научной работе 

(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУМОСТОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМПредлагается в типовую систему управления полумостовым транзисторным инвертором ввести дополнительно логическую схему в составе двух логических элементов «И» и двух датчиков напряжения на конденсаторах инвертора, причем выходы упомянутых датчиков напряжения и выходы упомянутой системы управления инвертором подключены соответственно к входам двухвходовых логических элементов «И», а выходы упомянутых логических элементов «И» связаны с соответствующими управляющими входами транзисторов полумостового транзисторного инвертора, что позволило получить технический результат - уменьшить потери в транзисторах упомянутого инвертора. 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, а именно к системам управления инверторами.

Транзисторные инверторы как однотактные, так и двухтактные нашли широкое применение в составе различных вторичных источников питания [1, 2, 3].

Системы управления транзисторными инверторами разработаны на уровне типовых микроконтроллеров [4].

Особой разновидностью двухтактных инверторов является так называемый полумостовой инвертор [4, 5], представляющий собой два последовательно соединенных транзистора и два последовательно соединенных конденсатора, общие точки которых представляют собой диагональ переменного тока, в которую включена нагрузка, а свободные концы объединены соответственно и подключены к источнику постоянного напряжения. Как и в мостовых инверторах, транзисторы шунтированы обратными диодами. Система управления полумостовым транзисторным инвертором, как уже упомянуто, типовая и приведена в [4] на стр.376, рис.33.12. Эта система применяется для управления любыми двухтактными инверторами и может отличаться лишь числом выходных каналов (для мостового - четыре канала, для полумостового - два канала).

Данная система управления полумостовым транзисторным инвертором является наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков и принимается за прототип.

Система [4] представляет собой «классическую» систему широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и, в совокупности с полумостовым транзисторным инвертором и автоматическим регулятором, приведена в упрощенном виде на фиг.1:

1 - полумостовой транзисторный инвертор;

2 - типовая система широтно-импульсной модуляции [4] (стр.376, рис.33.12);

3 - автоматический регулятор.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании как известных аналогов, так и прототипа, относится то, что в известном устройстве система управления генерирует на управляющие входы транзисторов инвертора импульсы, скважность которых определяет продолжительность включенного состояния транзисторов.

Однако в полумостовом инверторе необходимая продолжительность включенного состояния транзисторов уменьшается с ростом нагрузки. То есть необходимая продолжительность включенного состояния транзистора может быть значительно меньше, чем длительность отпирающих импульсов с выхода системы управления. Это приводит к неоправданным потерям в транзисторах.

Технический результат - уменьшение потерь в транзисторах полумостового инвертора.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в систему управления полумостовым транзисторным инвертором по принципу широтно-импульсной модуляции, выходные каналы которой связаны с управляющими входами транзисторов полумостового инвертора, а вход подключен к выходу автоматического регулятора, дополнительно введены два логических двухвходовых элемента «И» и два датчика напряжения на конденсаторах полумостового транзисторного инвертора, причем выходы упомянутых датчиков напряжения и выходы упомянутой системы управления полумостовым транзисторным инвертором подключены соответственно к входам двухвходных логических элементов «И», а выходы упомянутых двухвходовых логических элементов «И» связаны с соответствующими управляющими входами транзисторов полумостового транзисторного инвертора. Это позволило автоматически согласовать длительность отпирающих импульсов на управляющих входах транзисторов полумостового транзисторного инвертора с необходимой длительностью включения упомянутых транзисторов и, таким образом, уменьшить потери в транзисторах.

Сущность изобретения поясняется фиг.2, на которой представлена упрощенная схема устройства, и фиг.3, где даны диаграммы напряжений на конденсаторах и внешняя характеристика полумостового транзисторного инвертора.

Предлагаемая система управления полумостовым транзисторным инвертором (фиг.2) содержит полумостовой транзисторный инвертор 1, систему управления 2 и автоматический регулятор 3. В состав инвертора входят два конденсатора 4 и 5, соединенные между собой последовательно, два транзистора 6 и 7, также соединенные последовательно, и два обратных диода 8 и 9, шунтирующие в обратном направлении упомянутые транзисторы 6 и 7. Общие точки конденсаторов 4 и 5 и транзисторов 6 и 7 образуют диагональ переменного тока, в которую включена нагрузка 10.

Свободные концы конденсаторов 4, 5 и транзисторов 6, 7 объединены и соответственно подключены к источнику постоянного напряжения.

Таким образом, блок 1 представляет собой полумостовой транзисторный инвертор, идентичный известным аналогам и прототипу.

Как упомянуто выше, блок 2 содержит типовую систему управления транзисторным полумостовым инвертором, построенную по принципу широтно-импульсной модуляции и имеющую два выхода (по числу транзисторов инвертора). Подробная схема блока 2 приведена в [4] на стр.376, рис.33.12. К входу блока 2 подключен автоматический регулятор 3, также являющийся типовым узлом, обычно представляющим аналоговый компаратор. Дополнительными элементами схемы фиг.2 являются два датчика напряжения 11 и 12 и два логических двухвходовых элемента «И» 13 и 14. Датчик напряжения 11 включен входом параллельно конденсатору 4, а датчик напряжения 12 включен входом параллельно конденсатору 11.

Выход датчика 11 подключен к одному из входов логического двухвходового элемента «И» 13, а выход датчика напряжения 12 подключен к одному из входов логического двухвходового элемента 14. Свободные входы логических двухвходных элементов «И» 13 и 14 соединены с соответствующими выходами системы управления 2, а выходы логических двухвходных элементов «И» 13 и 14 подключены к соответствующим управляющим входам транзисторов 6 и 7. Для простоты промежуточные цепи гальванической развязки и формирования сигналов с датчиков 11, 12 на фиг.2 не показаны.

Устройство (фиг.2) функционирует следующим образом. При включении напряжения U конденсаторы 4, 5 заряжаются каждый до 0,5 U. Пусть из системы управления 2 поступил импульс напряжения U1y (диаграмма 1 на фиг.3) на вход логического двухвходного элемента «И» 13. На другом входе логического двухвходного элемента 13 также есть сигнал с датчика напряжения 11, поэтому с выхода логического двухвходного элемента «И» 13 поступит на вход транзистора 6 логическая единица и транзистор 6 включится.

Если ток нагрузки мал, то конденсатор 4 за время действия (фиг.3) отпирающего импульса U1y не успеет разрядиться, поэтому транзистор 6 будет отперт в течение времени .

После исчезновения отпирающего импульса из системы управления 2 в течение времени t1 (диаграмма 2 на фиг.3) импульс со второго входа системы управления 2 не поступает. Время t1 необходимо для восстановления запирающих свойств транзистора, а установка величины t1 предусмотрена в типовой системе управления 2. По истечении времени t1 поступает отпирающий импульс U 2y из системы управления 2 на вход логического двухвходного элемента «И» 14. На втором входе логического двухвходного элемента «И» 14 сигнал с датчика напряжения 12 есть (диаграмма 4 на фиг.3) и на вход транзистора 7 поступает отпирающий импульс. В дальнейшем цикл повторяется.

Таким образом, при малых токах нагрузки время отпертого состояния транзисторов 6, 7 определяется только «шириной» (диаграмма 1, фиг.3) отпирающего импульса из системы управления 2.

Если ток нагрузки превысит некоторую критическую величину Iкр (см. внешнюю характеристику устройства на диаграмме 7, фиг.3), конденсаторы 4 и 5 будут успевать разряжаться полностью за полупериод работы инвертора.

Устройство в этом режиме обеспечивает постоянную мощность в нагрузке (U d·Id=const). В схеме прототипа (фиг.1) транзисторы при любом токе нагрузки отперты в течение времени , поэтому после разряда соответствующего конденсатора, например 4, накопленная в индуктивности нагрузки 10 электромагнитная энергия разряжается по цепи: нагрузка 10 - транзистор 6, конденсатор 4. При этом затягивается время схода тока до нуля и создаются ненужные дополнительные потери в транзисторе, да и во всем контуре разряда конденсатора.

В предлагаемом устройстве (фиг.2) как только напряжение на конденсаторе, например, 4 достигает нуля, исчезнет «единица» на выходе логического двухвходного элемента «И» 13, транзистор 6 запрется, а накопленная в нагрузке 10 электромагнитная энергия будет разряжаться по контуру: нагрузка 10 - диод 9 - конденсатор 5 - нагрузка 10. Кроме того, ток разряда пойдет и через выходную емкость источника питания.

Потери в транзисторе 6 на этом интервале ( t2 на диаграмме 6, фиг.3) исключаются, а запасенная в нагрузке электромагнитная энергия частично переходит в конденсатор 5, частично возвращается в источник питания. Очевидно, что эффективность предложенного устройства тем выше, чем больше ток нагрузки.

Например, при использовании инвертора для питания через понижающий трансформатор электрической дуги в сварочном аппарате работа устройства протекает либо при холостом ходе, либо при токах больше Iкр (фиг.3, диаграмма 7). В этом режиме t2>> t1 (фиг.3, диаграммы 2, 6) и предложенное устройство существенно уменьшает непроизводительные потери в транзисторах инвертора.

Технический результат достигнут весьма простыми средствами.

Источники информации

1. «Transpoket» - Австрия, каталог, 1995-1996.

2. «Al - Технотрон» - Россия, проспект фирмы, 1995.

3. «Invertec V-130-S-Linkoln» - США, каталог, 1998-1999.

4. В.А.Прянишников. «Электроника», С.-Петербург, 1988, 400 с.

5. Источники вторичного электропитания. Под ред. Ю.И.Конева. М.: Радио и связь, 1983.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Система управления полумостовым транзисторным инвертором по принципу широтно-импульсной модуляции, выходные каналы которой связаны с управляющими входами транзисторов полумостового инвертора, а вход подключен к выходу автоматического регулятора, отличающаяся тем, что в упомянутую систему управления дополнительно введены два логических двухвходовых элемента И и два датчика напряжения на конденсаторах полумостового транзисторного инвертора, причем выходы упомянутых датчиков напряжения и выходы упомянутой системы управления подключены соответственно к входам двухвходовых логических элементов И, а выходы упомянутых двухвходовых логических элементов И связаны с соответствующими управляющими входами транзисторов полумостового транзисторного инвертора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru