ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР

ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР


RU (11) 2009609 (13) C1

(51) 5 H02M7/538 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 5042301/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.05.15 
(45) Опубликовано: 1994.03.15 
(71) Заявитель(и): Фокин Иван Александрович 
(72) Автор(ы): Фокин Иван Александрович 
(73) Патентообладатель(и): Фокин Иван Александрович 

(54) ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР 

Использование: в системах вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: двухтактный инвертор выполнен со средней точкой в выходном трансформаторе (4) и содержит основные (1, 2) и дополнительные (6, 7) транзисторы. Дополнительные (6, 7) транзисторы включены по схеме эмиттерного повторителя. Базы дополнительных (6, 7) транзисторов подключены к парафазным выходам источника (13) однополярных управляющих импульсов напряжения через резисторы (9, 10). Для исключения паразитного повторного отпирания запираемого транзистора (1, 2) и исключения сквозных токов резисторы (9, 10) зашунтированы конденсаторами (11, 12). 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики.

Известен преобразователь, содержащий в каждом плече инвертора с выходным трансформатором силовой транзистор, база-эмиттерный переход которого через базовый резистор, зашунтированный вспомогательной обмоткой выходного трансформатора с диодом, подсоединен к управляющей обмотке.

Однако в известном преобразователе процесс запирания происходит пассивно, что снижает КПД из-за динамических потерь мощности.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности является преобразователь, принятый за прототип. Известный преобразователь выполнен по двухтактной транзисторной схеме с нулевой точкой. Выходной трансформатор имеет две вспомогательные обмотки, каждая из которых подключена через цепочку из резистора и двух согласно-последовательно включенных диодов к базовому резистору соответствующего плеча, а между точкой соединения между собой диодов и противоположным выводом вспомогательной обмотки включен конденсатор. Блок управления вырабатывает однополярные импульсы управляющих напряжений, длительность которых автоматически регулируется в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки и имеет максимальное значение (соответствующее минимальной паузе между импульсами блока управления) при максимальном выходном токе нагрузки и минимальном входном напряжении. В известном техническом решении осуществляется форсированное запирание силовых транзисторов несмотря на отсутствие реверса полярности выходных напряжений блока управления путем автоматического подключения ранее заряженного конденсатора к базовому резистору, что исключает сквозные токи при максимальных значениях выходного тока и минимальном входном напряжении.

Однако в известном широтно-регулируемом преобразователе блок управления во всех случаях, в том числе в указанном случае минимального входного напряжения и максимальной нагрузки, вырабатывает паузу между импульсами управления. При использовании известного преобразователя в составе нерегулируемого источника без паузы между импульсами напряжения управления, в преобразователе создаются условия для протекания сквозных токов из-за инерционности запирания силовых транзисторов.

Целью изобретения является повышение КПД нерегулируемого инвертора путем уменьшения динамических потерь мощности, улучшения условий переключения силовых ключей, уменьшения потерь в цепи управления транзисторными ключами и исключения сквозных токов.

Это достигается тем, что в двухтактный инвертор с нулевой точкой, содержащий силовые транзисторы, коллекторы которых подключены к крайним выводам первичной обмотки выходного трансформатора, средняя точка которой подключена к первому входному выводу, эмиттеры объединены и подключены к второму входному выводу, дополнительные обмотки подключены через цепочки из попарно-последовательно включенных диодов к базовым резисторам в цепях парафазных выходов источника однополярных управляющих импульсов напряжения введены два дополнительных транзистора, эмиттер каждого из которых подключен к базе соответствующего силового транзистора каждого плеча, коллекторы дополнительных транзисторов подключены через резисторы к отводам первичной обмотки выходного трансформатора, базо-эмиттерные переходы каждого силового транзистора и дополнительного зашунтированы введенными цепочками из параллельно включенных резисторов и обратно включенных диодов, базы дополнительных транзисторов подключены к базовым резисторам в цепях парафазных выходов источника управляющих импульсов напряжения, зашунтированным соответствующим конденсаторами, при этом точки соединения попарно-последовательно включенных диодов в цепочках соединены друг с другом, а сами цепочки включены между базами дополнительных транзисторов и соответствующими выводами дополнительных обмоток выходного трансформатора.

Существенным отличием является уменьшение динамических потерь мощности путем автоматического блокирования отпирания одного составного силового транзисторного ключа на время запирания другого в сочетании с уменьшением потерь в цепи управления составными транзисторными ключами, форсированным запиранием составных транзисторных ключей. В известном техническом решении - прототипе при отсутствии паузы между импульсами источника однополярных управляющих импульсов напряжения создаются условия для протекания сквозных токов, что снижает КПД и надежность преобразователя.

Положительный эффект достигается увеличением КПД за счет уменьшения потерь на элементах источника управляющих импульсов напряжения и на резисторах в цепях парафазных выходов этого источника, а также исключением сквозных токов через транзисторные ключи.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема двухтактного инвертора; на фиг. 2 - временные характеристики.

Двухтактный инвертор состоит из силовых транзисторов 1 и 2, эмиттеры которых объединены и подключены к одному из входных выводов, коллекторы подключены к крайним выводам первичной обмотки 3 выходного трансформатора 4, базы подключены к эмиттерам дополнительных транзисторов 5 и 6, коллекторы которых через резисторы 7 и 8 подключены к отводам первичной обмотки 3 выходного трансформатора 4. Базы дополнительных транзисторов 5 и 6 подключены через резисторы 9 и 10, зашунтированные конденсаторами 11 и 12 к парафазным выходам источника управляющих импульсов напряжения 13, общий вывод которого подключен к упомянутому входному выводу. Дополнительные обмотки 14 и 15 выходного трансформатора 4 подключены через цепочки из согласно последовательно включенных диодов 16 и 17, 18 и 19 к цепочкам из резисторов 9 и 10, зашунтированных конденсаторами 11 и 12 каждого плеча соответственно. Точки соединения между собой диодных цепочек 16 и 17, 18 и 19 объединены. База-эмиттерные переходы силовых транзисторов 1 и 2 зашунтированы цепочками из параллельно включенных резисторов 20 и 21 и диодов 22 и 23. Базо-эмиттерные переходы дополнительных транзисторов 5 и 6 также зашунтированы цепочками из параллельно включенных резисторов 24 и 25 к диодам 26 и 27. Ко вторичной обмотке 28 выходного трансформатора 4 подключена нагрузка 29. Эпюры 30 и 31 соответствуют напряжениям на парафазных выходах источника однополярных импульсов 13, эпюры 32 и 33 соответствуют напряжениям на базах транзисторов 5 и 6, эпюра 34 - напряжению на нагрузке 29.

Двухтактный инвертор работает следующим образом.

Однополярные импульсы 30 и 31 напряжения с парафазных выходов источника однополярных импульсов 13 поступают через базовые резисторы 9 и 10, зашунтированные емкостями 11 и 12 на базы транзисторов 5 и 6, эмиттеры которых подключены к базам силовых транзисторов 1 и 2, поочередно открывая их. Предположим, полярность напряжений на выходе источника 13 управляющих напряжений такова, что на верхнем выходе существует положительное напряжение. Транзисторы 5 и 1 открыты и на их коллекторах существует низкий потенциал относительно эмиттеров, причем малые значения этих потенциалов совместно с малой избыточностью насыщения при разных токах нагрузки обеспечиваются подключением коллектора транзистора 5 через резистор 7 к отводу первичной обмотки 3. Полярность наведенных напряжений на обмотках трансформатора изображена без скобок. Числа витков дополнительных обмоток 14и 15 выбраны такими, что падение напряжения на резисторе 9 превышает напряжение вспомогательной обмотки 14 трансформатора 4, поэтому диоды 14 и 16 находятся в непроводящем состоянии. Диоды 18 и 19 также находятся в непроводящем состоянии вследствие запирающей полярности напряжения обмотки 15. В следующий полупериод напряжение на верхнем выходе источника управляющих напряжений 13 становится равным нулю, а на нижнем выходе появляется положительное напряжение. Транзистор 1 вследствие своей инерционности в течение промежутка времени t1-to остается в открытом состоянии, благодаря чему в течение этого промежутка сохраняются прежними также полярности напряжений на обмотках трансформатора 4. Диоды 17, 16 и 18 переходят в проводящее состояние и подключают обмотку 14 трансформатора 4 к базе транзистора 5, а также через проводящий диод 26 к базе транзистора 1. Проводящий диод 18 препятствует подаче отпирающего напряжения на базу транзистора 6 и исключает таким образом протекание сквозных токов через транзисторы 1 и 2. Напряжение обмотки 14 трансформатора 4 препятствует полному разряду емкости 11, заряженной в предыдущий полупериод. Происходит быстрый разряд активных областей баз транзисторов 1 и 5 и, следовательно, спад их коллекторных токов, приводящий к перемене полярности на обмотках выходного трансформатора 4. Таким образом разрывается цепь отрицательной обратной связи обмотки 14. Транзисторы 6 и 2 отпираются в момент времени t1. Несмотря на отключение обмотки 14, запирающее напряжение на базах транзисторов 1 и 5 поддерживается за счет разряда заряженной емкости конденсатора 11. Величина заряда не емкости 11.

Q11 = Ц11 С11, где U11 = U14 - U17 - U16 - напряжение на емкости конденсатора 11

U14, U17, U16 - напряжения на обмотке 14, на проводящем диоде 17 и 16 соответственно.

С11 - емкость конденсатора 11. Суммарный заряд Q5,1 пассивных областей базы транзисторов 5 и 1 Q5,1 = I111+I551-QQ05-QQ01 где I1, I5 - токи баз транзисторов 1 и 5;

11= Q1+Qn1; 51= Q5-Qn5 - средние величины времен жизни неосновных носителей, равные суммам времен жизни в активной области Q и пассивной области Qn

QQ05, QQ01 - заряды активных областей баз транзисторов 5 и 1 (рассеиваемые в течение промежутка времени действия отрицательной обратной связи обмотки 14 трансформатора 4). При выборе емкости конденсатора 11, удовлетворяющего условию

Q11 > Q5,1, происходит полное рассасывание неосновных носителей в базах транзисторов 5 и 1, соответствующее отсутствию импульса коллекторного тока самооткрывания транзисторов 5 и 1, наличие которого возможно при неполном рассасывании неосновных носителей в области базы (при наличии остаточных носителей в пассивных областях базы). В следующий полупериод процессы протекают аналогично: напряжение на нижнем выходе источника управляющих напряжений становится равным нулю, диоды 19, 18 и 16, 27 переходят в проводящее состояние, вызывая форсированное запирание транзисторов 6 и 2 одновременно с задержкой (блокированием) отпирания транзисторов 5 и 1. Разряд емкости 12, заряженной до напряжения обмотки 15 и имеющей инверсный знак напряжения, исключает появление паразитного отпирания транзисторов 1 и 2. Диоды 22 и 23 предохраняет от пробоя эмиттерные переходы транзисторов 1 и 2.

Для сравнения эффективности предлагаемого технического решения по сравнению с устройством-прототипом, на фиг. 2 изображено явление "самооткрывания" (момент времени t4), когда после спада коллекторного тока при запирании силового транзистора при повышенной температуре и при отсутствии емкостей 11 и 12 создаются условия перекрытия импульса самооткрывания запираемого транзистора 1 и тока транзистора 2, т. е. условия протекания сквозных токов через транзисторы 1 и 2.

Таким образом, введение дополнительных транзисторов совместно с шунтированием конденсаторами резисторов в цепи парафазных выходов источника однополярных управляющих импульсов напряжения уменьшает мощность возбуждения и исключает сквозные токи в широком диапазоне изменения температуры что, в совокупности повышает КПД двухтактного инвертора. (56) Патент Японии 55-13515, кл. Н 02 М 7, 1980.

Авторское свидетельство СССР N 171061, кл. Н 02 М 7/536, 1990. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР, содержащий силовые транзисторы, коллекторы которых подключены к крайним выводам первичной обмотки выходного трансформатора, средняя точка которой подключена к первому входному выводу, эмиттеры объединены и подключены к второму входному выводу, дополнительные обмотки подключены через цепочки из попарно-последовательно включенных диодов к базовым резисторам в цепях парафазных выходов источника однополярных управляющих импульсов напряжения, конденсаторы, отличающийся тем, что введены два дополнительных транзистора, эмиттер каждого из которых подключен к базе соответствующего силового транзистора каждого плеча, коллекторы дополнительных транзисторов подключены через резисторы к отводам первичной обмотки выходного трансформатора, базо-эмиттерные переходы каждого силового и дополнительного транзисторов зашунтированы введенными цепочками из параллельно включенных резисторов и обратно включенных диодов, базы дополнительных транзисторов подключены к базовым резисторам в цепях парафазных выходов источника управляющих импульсов напряжения, зашунтированным соответствующими конденсаторами, при этом точки соединения попарно-последовательно включенных диодов в цепочках соединены одна с другой, а сами цепочки включены между базами дополнительных транзисторов и соответствующими выводами обмоток выходного трансформатора.




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