Двухтактные инверторы на транзисторах

Двухтактные инверторы, работающие в режиме автогенератора или усилителя мощности, широко применяются в источниках вторичного электропитания. Наиболее известным является инвертор с самовозбуждением с отводом от средней точки первичной обмотки трансформатора (схема Ройера).

Принципиальная схема двухтактного инвертора представлена на рисунке 2.72,а. Она состоит из двух транзисторов VT₁ и VT₂ , которые включены по схеме с общим эмиттером. Резисторный делитель R₁ и R₂ предназначены для подачи напряжения на транзисторы для надежного запуска инвертора. На резисторе R₁ создается падение напряжение порядка 0,5…1,0 В, которое плюсом прикладывается к базе транзисторов, тем самым способствует отпиранию транзисторов. Конденсатор С во время включения инвертора позволяет получить повышенное значение напряжения на резисторе R₁, что обеспечивает более надежный запуск, благодаря возрастанию базовых токов транзисторов.

Рассмотрим работу ненагруженного инвертора, выделив при этом три стадии.

Стадия 1 (интервал времени о…t₁ рисунок 2.72,б) наблюдается только при подключении инвертора к источнику питания. Положим, что рабочая

точка магнитопровода находится в условной области 1 петли гистерезиса

(рисунок 7.52,в). При включении источника питания U_о с резистора R₁ напряжение смещения через обмотки обратной связи w₄, w₅ поступает на базы транзисторов VT₁ и VT₂, обеспечивая их работу в активном режиме.

а- принципиальная электрическая схема;

б- временные диаграммы;

в- процесс перемагничевания магнитопровода

трансформатора

Рисунок 2.72- К принципу работы транзисторного двухтактного инвертора

Поскольку абсолютной индентичности двух дажеоднотипных транзисторов достичь невозможно, значения коллекторных токов I_к1 и I_к2 несколько отличаются (пусть I_к1>I_к2). При этом намагничивающая сила

F=(I_к1 – I_к2) w_к возбуждает нарастающий магнитный поток Ф.

Появление изменяющегося по значению магнитного потока приводит к появлению ЭДС на всех обмотках трансформатора.

Обмотки обратной связи подключены таким образом, что полярность ЭДС обратной связи способствует дальнейшему возрастанию тока в одном контуре и уменьшения тока в другом (в данном примере - увеличению I_к1 и уменьшению I_к2).

Процесс развивается лавинообразно. В результате транзистор VT₁ входит в режим насыщения, VT₂ – режим отсечки).

Стадия 2 [ интервал времени t₁…t₂ (рисунок 2.72,б), область 2 петли гистерезиса (рисунок 2.72,в)].

Поскольку транзистор VT₁ полностью открыт (замкнут), напряжение источника питания U_о приложено к цепи с индуктивностью коллекторной полуобмотки трансформатора w_к1. Ток в обмотке и магнитный поток Ф в

магнитопроводе возрастает линейно. Напряжение источника питания Uо уравновешивается ЭДС e₁ на зажимах полуобмотки w₁. Пренебрегая падением напряжения в проводах и на замкнутом транзисторе VT₁, частоту рабочего цикла можно определить по формуле

f=1/Т = (U_о –U_{кэ нас}.)/4 В_нас. W₁ S_ст, (2.68)

здесь учтено падение напряжение на замкнутом транзисторе U_{кэ нас}.

Стадия 3 (интервал времени t₂…t₃, рисунок 2.72,б, область 3 петли гистерезиса, рисунок 2.72,в).

С момента времени t₂ индукция в магнитопроводе трансформатора достигает значения насыщения В_{нас мах}, при этом резко уменьшается изменение потока Ф и уровень ЭДС, но возрастает напряженность магнитного поля Н (переход из области 2 в область 3 петли гистерезиса). В соответствии с законом полного тока увеличение Н влечет за собой возрастание тока в цепи коллектора VT₁ и I_к1.

Однако при неизменном токе базы VT1, значение которого определяется из равенства I_б = U_б/R_б (R_б - входное сопротивление замкнутого транзистора и проводов), возрастание тока I_к1 возможно только при перемещении рабочей точки транзистора VT₁ по коллекторной характеристики из положения 1 в положение 2 (транзистор VT₁ из режима насыщения переходит в область активного режима) (рисунок 2.73). При этом увеличивается падение напряжение на транзисторе VT₁ и в результате - уменьшается напряжение на обмотке w₁. Это в свою очередь приводит к уменьшению ЭДС обратной связи на зажимах полуобмотках w₄ и w₅. Уменьшение уровня ЭДС на обмотках трансформатора поясняется и тем, что при насыщении магнитопровода отсутствует изменения индукции (dB/dt=0, т.е. и dФ/dt=0).

С уменьшением ЭДС обратной связи уменьшается значение напряжения смещения на базах транзисторов VT₁ и VT₂, что приводит к лавинообразному размыканию транзистора замыканию транзистора VT₂ - происходит переключение транзисторов.

Рисунок 2.73- Выходная вольт- амперная характеристика транзистора VT1

В результате транзистор VT₁ переходит в режим отсечки, транзистор VT₂ - в режим насыщения и процесс повторяется, рабочая точка перемещается по петле гистерезиса в область 4.

Двухтактные транзисторный инверторы с самовозбуждением используются как силовые каскады ИВЭП при преобразуемых мощностях в несколько десятков вольт-ампер; при больших мощностях такие инверторы выполняют функции задающих генераторов (в ИВЭП с силовыми каскадами на базе усилителей мощности).

К достоинствам автогенератора относится свойство самозащиты от короткого замыкания, при котором колебания прекращаются - транзисторы размыкаются.

Двухтактные инверторы наряду с положительными свойствами имеют ряд недостатков. При работе с независимым возбуждением из-за этапа рассасывания носителей в транзисторах в процессе коммутации могут наблюдаться режимы, когда замыкаемые и размыкаемые транзисторы находятся в активной области. При этом образуется коротко - замкнутая цепь, по которой протекает так называемый «сквозной» ток большой амплитуды. Такой режим является опасным для элементов силовой цепи, приводит к дополнительным потерям мощности и увеличению уровня электромагнитных помех.

Дата добавления: 2014-01-04