27. Инверторы напряжения

R_, C1, VD- защитная цепь. Включается при размыкании ключа S, облегчая режим его работы при переходном процессе.

Разделительный трансформатор Т с последовательно включенным ключом S образуют инвертор напряжения.

При замыкании ключа S к первичной обмотке подводится импульс напряжения с амплитудой U1, который трансформируется во вторичную обмотку, выпрямляется

VD1, VD2, сглаживается LC фильтром и отдаётся нагрузке Rh в виде постоянного напряжения. При размыкании ключа передача энергии заканчивается. Во время

паузы магнитопровод должен размагнититься, иначе нормальная работа будет нарушена, Это накладывает ограничения на максимальную длительность импульса, т.е. это преобразователь с однотактным инвертором и передачей энергии на прямом такте.

Вторичная обмотка включена иначе, чем в предыдущей схеме.

При замыкании ключа S энергия в нагрузку не передаётся (VD заперт).

Магнитопровод трансформатора Т накапливает энергию в магнитопроводе (дроссель трансформатор). При размыкании ключа ЭДС самоиндукции обмоток меняет знак, VD открывается, энергия, накопленная в трансформаторе отдаётся нагрузке, т.о. это преобразователь с передачей энергии на обратном такте. Кроме того, огра­ничений на величину длительности импульса нет.

28. Двухтактные инверторы

В наиболее простой схеме двухтактного инвертора две первичные полу обмотки силового трансформатора Т₁ соединены с коллекторами силовых транзисторов VT1 и VT2, а первичный источник питания E_п включён между эмиттерами транзисторов и средней точкой первичных полуобмоток трансформатора Т₁. (рис а)

(рис а)

Силовые транзисторы поочерёдно насыщаются, для чего со вторичных обмоток возбуждающего трансформатора Т₂ на их базы подаются импульсы соответствующей длительности (рис б-г). Длительность импульсов выходного напряжения, снимается со вторичной обмотки Т₁, больше длительности отпирающих импульсов на время рассасывания заряда не основных носителей в базах силовых транзисторов t_p.(рис д).

Если рассматриваемое устройство входит в инвертор, то к выходной обмотке Т₁ подсоединяется нагрузка. Если оно является составной частью преобразователя пряжения, то к выходной обмотке подключается выпрямитель. Так как в электрическом выпрямителе цепи постоянного и переменного тока связаны между собой с помощью вентилей и цепью переменного тока является инвертор, то характер реактивности фильтра выпрямителя сказывается на форме и значении токов коллекторов силовых транзисторов.

Это обстоятельство обязывает рассматривать процессы в инверторе преобразователя совместно с процессами в выпрямителе этого преобразователя.

Если выбрать длительность отпирающих импульсов напряжения возбуждения равными Т/2-t_p то на выходе получим переменное напряжение в форме меандра (рис е). Такое напряжение, будучи пропущено через безынерционный выпрямитель, преобразуется в постоянное напряжение без дополнительной фильтрации. Реально фронты переменного напряжения на выходной обмотке Т₁ имеют конечную крутизну, поэтому на выходе выпрямителя необходимо включить фильтр, сглаживающий провалы выходного напряжения.

Если возбуждать силовые транзисторы напряжения прямоугольной формы нулевых пауз

пауз (рис е), то на время рассасывания заряда не основных носителей оба транзистора в схеме (рис а) окажутся открытыми, что равносильно кратковременному короткому замыканию обмоток силового трансформатора. Для того чтобы предотвратить неприятные последствия этих кратковременных замыканий. Возникающих в конце каждого полепериода, в схеме инвертора необходимо предусмотреть ряд дополнительных элементов.

Когда инвертор работает на нагрузку, имеющую активно-индуктивный характер, моменты изменения полярности тока нагрузки запаздывают относительно моментов изменения полярности выходного напряжения, а также моментов переключения силовых транзисторов. Это приводит к прохождению в начальной части каждого полупериода тока через силовой транзистор в обратном направление, т.е. образованию обратного тока. Обратный импульс тока через транзистор возникает потому, что не сменивший свое направление ток нагрузки трансформируется в другую первичную полуобмотку трансформатора и силовой транзистор.

Коэффициент усиления тока транзистором, работающем в инверсном режиме, мал. При данном токе коллектора транзистор может выйти из состояния насыщения, что приведёт к дополнительным потерям мощности в силовой цепи и перегреву транзисторов.

Для снижения обратного тока, проводящего через силовой транзистор, в схему инвертора параллельно силовым транзисторам включают шунтирующие диоды VD1 и VD2 (рис а). Такие диоды необходимы при любом виде нагрузки, если возможна работа инвертора на холостом ходу. При этом ток намагничивания трансформатора Т₁ в течение части полупериода проходит через открывшийся транзистор в инверсном направление, так как он является индуктивным током. Иногда в отсутствии шунтирующих диодов такой ток намагничивания может вызвать выход из строя силовых транзисторов.

Двухтактная схема инвертора не является единственной, находит применение также мостовая схема.

Мостовая схема (рис 1):

По сравнению с предыдущей, мостовая содержит в два раза больше транзисторов и диодов, но в ней более простой силовой трансформатор ( одна первичная и одна вторичная обмотки ). Транзисторы коммутируются попарно. В течение одного полупериода в состояние отсечки находятся транзисторы VT1 и VT4, а в состоянии насыщения – транзисторы VT2 и VT3. В течение другого полупериода открыты транзисторы VT1 и VT4, а заперты транзисторы VT1 и VT3. Такое переключение обеспечивает смену полярности напряжения на первичной обмотке трансформатора каждые полпериода.

На базе транзисторов VT1 и VT4 (VT2 и VT3) возбуждающее напряжение должно подаваться с отдельных обмоток, гальванически развязанных, что усложняет схему возбуждения.

К недостаткам мостовой схемы относится то обстоятельство, что потери напряжения на транзисторах в первичной цепи вдвое больше, чем в двухтактной; увеличиваются и коммутационные потери. Однако каждый из силовых транзисторов мостовой схемы испытывает в два раза меньшее напряжение коллектор – эмиттер. В данной схеме оно равно En. Поэтому преимущества мостовой схемы более ощутимы при значительных напряжениях первичного источника En.

Процессы происходящие в мостовой схеме, почти полностью повторяют процессы, происходящие в схеме двухтактного инвертора. Исключением является лишь ток первичной обмотки, равный сумме коллекторных токов каждой пары открытых транзисторов. Он совпадает по форме с током вторичной обмотки, а по значению отличается от него в n раз. Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора мостовой схемы в раз больше , чем действующее значение тока первичной полуобмотки схемы двухтактного инвертора. Из-за этого полная мощность трансформатора мостовой схемы равна мощности, выделяющейся в нагрузке преобразователя.