Резонансные инверторы

Резонансные инверторы широко известны в преобразовательной технике. В них обеспечивается гармоническая форма тока в силовой цепи за счет колебательного контура. Рассмотрим принцип действия резонансного инвертора, который поясняется схемой и эпюрами рис.5.13.

Рисунок 5.13 – Принцип действия резонансного инвертора

На этом рисунке S₁, S₂ – управляемые ключи, работающие в противофазе. Когда замыкается ключ S₁ , начинается рост тока i₁ по гармоническому закону. Частота собственных колебаний контура с потерями равна

(5.8)

Через промежуток T₀/2 ток в цепи станет равным нулю и ключ размыкается при нулевом значении коммутируемой мощности. В момент времени t1 замыкается ключ S2 и формируется отрицательная полуволна тока в нагрузке вследствие колебательного обмена энергии между реактивными элементами. Снова через T₀/2 ток в цепи становится равным нулю, S2 размыкается и замыкается ключ S1 и так далее. Добротность контура

(5.9)

Если частота коммутации ключей соответствует частоте резонанса контура , то форма напряжения на нагрузке близка к гармонической, а его действующее значение (5.10)

Нагрузка может включаться последовательно (как на рис.5.13) или параллельно любому из реактивных элементов, обычно конденсатору.

Достоинства резонансных инверторов:

а) уменьшение потерь мощности на коммутацию. Особенно в условиях большого технологического разброса параметров ключей. Обеспечивается, так называемая, “мягкая” коммутация,

б) снижение уровня высокочастотных помех как излучаемых (радиопомех), так и распространяемых по проводам (кондуктивных), в питающую сеть и в нагрузку,

в) отсутствие сквозных токов в двухтактных схемах приводит к

повышению надежности.

Недостатки резонансных инверторов:

а) значительное превышение напряжения на реактивных элементах над напряжением питания из-за явления резонанса;

б) увеличение габаритов сглаживающих фильтров по сравнению с прямоугольным напряжением;

в) более высокая установочная мощность ключей.

Примерная схема транзисторного преобразователя с резонансным инвертором приведена на рис.5.14. Нагрузка R_H подключена параллельно конденсатору С_К через двухполупериодный выпрямитель VD₁ и VD₂.

Рисунок 5.14 – Преобразователь с резонансным инвертором

Трансформатор TV обеспечивает согласование по уровню напряжения и гальваническую развязку сети и нагрузки. Стабилизация выходного напряжения осуществляется частотной модуляцией тактовой частоты ( f_T) схемы управления. Для чего f_T выбрана несколько меньше резонансной частоты контура L_K C_K. Регулировкой частоты можно получить нестабильность около 0,1%. Уровень помех примерно на 15 дБ ниже, чем в не резонансных схемах инверторов.

Для управления ключами инверторов разработано много специализированных и универсальных контроллеров, например, 1114ЕУ1…1114ЕУ5, UC3846, UC3875, TL494, TL599 и др.