Еблі у схемі мостового інвертора використовувати комплементарні транзисторні пари, то зазвичай її вдається істотно спростити, а часто з’являються і додаткові переваги. В мостовому инвертор, показаному на рис. 2.12, використовуються комплементарні пари транзисторів. Схематично він простіше, ніж звичайний комплементарний інвертор, оскільки обмотка трансформатора не має відводу від середини. Спрощення у порівнянні з четирехтранзісторнимі інверторами ще більш очевидно. Ця схема завдяки зменшеної синфазної провідності добре поводиться на високих частотах. Автоматичний поворот фази, який виникає в транзисторах протилежної провідності, призводить до зменшення шкідливого впливу індуктивності розсіювання трансформатора. Це призводить до зменшення кидків напруги в порівнянні зі схемами на транзисторах з одним типом провідності. Ось чому на рис. 2.12 показаний однотрансформаторний інвертор: справа в тому, що однотрансформаторний інвертор з комплементарними транзисторами має такі ж хороші характеристики, як традиційний двотрансформаторних мостовий інвертор. В цьому випадку зменшення складності і собівартості вельми істотні.

Рис. 2.12. Мостовий інвертор з комплементарними транзисторами.

Інвертори із зовнішнім збудженням

Всі розглянуті до сих пір інвертори і перетворювачі були автоколивального типу. Більшість з них можуть управлятися зовнішнім генератором, якщо заблокувати або видалити ланцюга зворотного зв’язку. Строго кажучи, інвертори при цьому перетворюються на підсилювачі. Найчастіше їх називають підсилювачами класу D, так як вони формують прямокутні коливання і працюють у ключовому режимі. Тобто транзистори або вводяться в стан насичення колекторного струму, або повністю закриті. Таким чином, зберігається можливість отримання високого к.п.д. Крім того, у них є й інші переваги. Наприклад, якщо як керуючого джерела застосувати відповідні логічні мікросхеми, то легко здійснюється широтно-імпульсна модуляція. У цих інверторах легко управляти частотою. У инвертор із зовнішнім збудженням вихідний трансформатор зазвичай використовується в лінійному режимі. Це суттєво зменшує проблему кидків напруги. Наскільки втрати в сердечнику трансформатора, що працює в лінійному режимі менше, ніж у трансформаторі з насиченням, настільки підвищується к.к.д. Нарешті, в таких конструкціях вдається уникнути проблем пов’язаних з порушенням коливань.

Якщо на виході бажано мати синусоїдальну форму коливань, то інвертори із зовнішнім збудженням часто реалізуються у вигляді двотактних підсилювачів потужності класу В. Теоретично к.к.д. може досягати 78,5%, що звичайно менше, ніж при використанні імпульсного режиму, однак при цьому легше отримати мінімальний рівень радіочастотних перешкод. Кілька прикладів схем інверторів із зовнішнім збудженням показано на рис. з 2.13 по 2.17. Показана на рис. 2.13 схема, по суті, двотактний підсилювач потужності. Основна особливість цього варіанта полягає у використанні лінійних трансформаторів, головним чином вихідного трансформатора. В якості керуючого пристрою можна використовувати мультивибратор або який-небудь інший генератор. Такі інвертори із зовнішнім збудженням знаходять численні застосування в імпульсних стабілізаторах за зручності об’єднання джерела широтно-модульованих імпульсів з ланцюгом зворотного зв’язку стабілізатора.

Рис. 2.13. Двотактний підсилювач потужності з лінійними трансформаторами

Схема на рис. 2.14 функціонально подібна вихідного каскаду щойно розглянутого інвертора. Конструкція спрощується завдяки використанню комплементарних транзисторів. Як видно, можна відмовитися також і від вихідного трансформатора. Однак якщо основною вимогою є ізоляція, а не ціна, габарити або вага, то між виходом і навантаженням може бути включений трансформатор. Відзначимо, що тут необхідно два джерела постійної напруги.

Рис. 2.14. Двотактний підсилювач потужності з комплементарними транзисторами.

На рис. 2.15 генератор на насичуємо сердечнику управляє вихідним каскадом. Ця схема містить більше складових частин, ніж схожий двотрансформаторних інвертор. Однак завдяки ізоляції навантаження від генератора збільшується функціональна гнучкість. Індуктивна чи ємнісна навантаження менше впливають на запуск коливань або на симетрію форми коливань. Інша гідність даної схеми полягає в тому, що вона дозволяє зручно вводити регулювання. Наприклад, відно-

сительно малопотужний джерело живлення генератора, що задає може бути регульованим, який отримує керуючий сигнал від датчика, пов’язаного з навантаженням. В цьому випадку прямокутні коливання вихідного каскаду спочатку випрямляються і фільтруються.

Рис. 2.15. Інвертор з генератором на насичуємо сердечнику, керуючим вихідним каскадом

Більш складний тип інвертора з зовнішнім збудженням зображений на рис. 2.16. У цій схемі прямокутне коливання створюється мікросхемою 556, яка містить два які чекають мультивибратора. Такий генератор володіє набагато кращою точністю і стабільністю, ніж мультивібратори, зібрані з дискретних компонентів. Це полегшує проблеми синфазної провідності.

Інвертор на рис. 2.17 являє собою схему зворотного ходу, в якій провідність транзистора Q1 управляється сигналом релаксаційного генератора, зібраного на керованому одноперехідному транзисторі. Керований одноперехідного транзистор (/ ^ Г-транзистор) в основному працює як звичайний одноперехідного транзистор, але він має кращу здатність навантаження. Фактично це тиристор з анодним керуючим електродом. У схемі релаксаційного генератора на рис. 2.17 час включення керованого одноперехідного транзистора визначається резистором R3. Відповідні варіанти таких інверторів із зовнішнім збудженням використовуються в високовольтних каскадах телевізорів.

Рис. 2.17. Інвертор зворотного ходу з керуванням від релаксаційного генератора на керованому одноперехідному транзисторі

Тут доречно розділити інвертори на два типи: прямого і зворотного ходу. Найкраще порівняти обидва типи перемикаючих схем по їх роботі в якості перетворювачів, тобто по тому, як вони передають випрямлений струм в навантаження. Це і є їх звичайне застосування. Таке порівняння особливо доречне тому, що ці дві схеми схожі. На рис. 2.18 представлені найбільш суттєві частини перетворювачів прямого і зворотного ходу. Зверніть увагу на відмінність в фазировке обмоток трансформатора. Крім того, що в перетворювачі зворотного ходу немає фільтруючого дроселя. Ці відмінності випливають з різних принципів роботи схем, а не через додаткових міркувань, таких як згладжування кидків напруги на навантаженні.

В обох схемах енергія запасається в первинній обмотці трансформатора під час відкритого стану транзистора. А відрізняється робота цих двох перетворювачів за способом, яким ця енергія віддається в навантаження. У перетворювачі прямого ходу запасена електромагнітна енергія створює струм навантаження під час як включеного, так і вимкненого стану транзистора. Навантаження і первинна обмотка трансформатора сполучені як би послідовно. Таким чином, перетворювач прямого ходу можна розглядати як послідовний ланцюг.

Навпаки, перетворювач зворотного ходу віддає в навантаження енергію, запасені в трансформаторі, тільки під час вимкненого стану переключающего транзистора. Навантаження і первинна обмотка трансформатора включені як би паралельно. Аналіз перетворювача зворотного ходу грунтується на принципах роботи паралельної ланцюга.

Рис. 2.18. Порівняння перетворювачів прямого і зворотного ходу

Перетворювач прямого ходу забезпечує кращу якість випрямленої напруги, ніж перетворювач зворотного ходу. Перетворювачі зворотного ходу, однак, особливо гарні для використання як високовольтних малопотужних джерел. Хоча вихідні трансформатори показані в обох схемах на рис. 2.18, перетворювач зворотного ходу здатний забезпечити ізоляцію між джерелом живлення і навантаженням, навіть якщо замість трансформатора використовувати просто котушку індуктивності. Це відбувається завдяки тому, що транзистор знаходиться в непроводящая стані, коли навантажувальний конденсатор отримує свою порцію енергії. Наявність трансформатора все ж полегшує здійснення маніпуляцій з вихідним напругою.

Всі інвертори та конвертори прямого і зворотного ходу мають загальний недолік у порівнянні з різними двотактними або мостовими схемами. Потужність, так само як і інші характеристики, обмежена насиченням магнітного поля в сердечнику котушки індуктивності або трансформатора. У двотактних або мостових схемах ця проблема менш істотна, тому що сердечник поперемінно перемагнічується в обох напрямках під час робочого циклу. Тому для таких схем потрібні котушки індуктивності і трансформатори менших розмірів, ніж для пари схем, які зараз обговорювалися. Але для малопотужних застосувань інвертори та перетворювачі прямого і зворотного ходу заслуговують уваги завдяки їх простоті і економічності.

Конструктивні рішення інверторів та перетворювачів

Також, як і в попередніх розділах, мета цієї глави дати уявлення про потужну напівпровідникової електроніки. Метою книги є дати саме загальне уявлення, а не покроковий опис процедури розробки. Якщо будуть зрозумілі сучасні методи, що застосовуються при розробці інверторів та перетворювачів, то програми, представлені в розділах 4 і 5, будуть корисними не тільки з точки зору оцінки параметрів цих пристроїв. Найпростіше орієнтуватися професійним конструкторам, але навіть ті, для кого електроніка є захопленням, експериментатор, технік або майстер по ремонту також зможуть застосувати ці схеми і системи для своїх цілей, якщо є розуміння деяких основних принципів проектування. В інвертори і перетворювачі, які будуть розглянуті в двох заключних розділах, вкладені мільйони доларів корпоративних науково-дослідних фондів, а також зусилля чудових американських інженерів. Звичайно, корисно розібратися в деяких аспектах конструювання, які вони використовували.

Десять років тому, така голова не була б тут так актуальна як зараз. Тоді Ви могли зробити прийнятний інвертор, використовуючи звичайні потужні германієві транзистори і вихідний або накальний трансформатор радіоприймача. Сьогодні навіть простий инвертор або перетворювач, має характеристики вище, ніж «занедбані всіма» колишні пристрою. Важливим також є той факт, що деякі з цих, мабуть, простих сучасних пристроїв, припускають складності, не видимі на електричних схемах. Ми покажемо, що корисно і цікаво дослідити деякі з цих питань.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.