МОСТОВОЙ  РЕГУЛИРУЕМЫЙ  ИНВЕРТОР

Мостовой регулируемый инвертор относится к области электротехники и предназначается для переключения полярности напряжения питания нагрузки с возможностью управления, как длительностью, так и амплитудой напряжения как прямого, так и реверсивного (инверсного) режимов, и может быть использована во многих востребованных отраслях промышленности, в частности электрохимической при нанесении гальванических покрытий, особенно в актуальном режиме с реверсом тока.
Аналогом предлагаемого инвертора является Z-инвертор с нулевой точкой (патент РФ на полезную модель №122214 от 27.06.2012), заключающийся в том, что в устройстве создается искусственная нулевая точка за счет двух последовательно соединенных конденсаторов, используемая затем в Z-фильтре преобразователя на биполярных транзисторах. Недостатком данной модели является то, что необходимо создавать искусственную нулевую точку, что ведет к усложнению конструкции и применение с силовой части схемы биполярных транзисторов, которые, как известно, надежно работают при определенной температуре, влияющей на положение рабочей точки данного полупроводникового прибора, что ведет к необходимости создания, по крайней мере, громоздкой системы охлаждения.
Прототипом предлагаемого инвертора является однофазный мостовой транзисторный инвертор (патент РФ на изобретение №2168825 от 11.01.2000) предназначенный для применения во вторичных источниках питания, отличающийся тем, что он содержит датчик сквозных токов, выполненный в виде четырехобмоточного насыщающегося трансформатора с тремя одинаковыми первичными и одной вторичной обмотками, используемый в конструкции с биполярными транзисторами.
Недостатком данной конструкции является то, что она предназначена для работы только во вторичных источниках питания, т.е. ее нагрузкой может быть только первичная обмотка высокочастотного трансформатора.
Кроме того, обе конструкции не могут быть перенастроены на иной режим работы в процессе эксплуатации.
Целью создания мостового регулируемого инвертора является упрощение конструкции, возможность управления инвертором для регулирования длительности и амплитуды как прямого, так и реверсивного режимов (в том числе в процессе работы), и повышение качества управления нагрузкой за счет применения полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET-транзисторы), что позволит применить в качестве нагрузки устройства постоянного тока широкого спектра мощностей и типов в прямом и реверсивном (инверсном) режиме используя однополярный источник питания.
На Фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого инвертора, где применены MOSFET-транзисторы с каналом n-типа.
н
н
Инвертор работает следующим образом. Используемое устройство постоянного тока, обозначенное R, подключается к диагонали моста, состоящего из MOSFET-транзисторов VT1-VT4, в точках А и Б. Источник питания Е нагрузки R подключается ко второй диагонали моста с соблюдением полярности, указанной на Фиг.1. Транзисторы VT1-VT4 управляются устройством управления УУ через оптоэлектронные ключи управления КУ1 и КУ2.
н
Пусть режим работы R, при котором потенциал напряжения в точке А выше чем в точке Б будет прямым, тогда режим работы, при котором потенциал напряжения в точке Б будет выше чем в точке А, будет реверсивным.
н
Для реализации прямого режима устройство управления УУ через ключ управления КУ1 открывает MOSFET-транзисторы VT1 и VT4 и через ключ управления КУ2 закрывает MOSFET-транзисторы VT2 и VT3. В этом случае положительный потенциал источника Е подается в точку А через открытый VT1, а отрицательный в точку Б через открытый VT4. Таким образом, потенциал в точке А будет выше, чем точке Б, следовательно, устройство R будет работать в прямом режиме.
н
Для реализации реверсивного режима устройство управления УУ через ключ управления КУ1 закрывает MOSFET-транзисторы VT1 и VT4 и через ключ управления КУ2 открывает MOSFET-транзисторы VT2 и VT3. В этом случае положительный потенциал источника Е подается в точку Б через открытый VT2, а отрицательный в точку А через открытый VT3. Таким образом, потенциал в точке Б будет выше, чем точке А, следовательно, устройство R будет работать в реверсивном режиме.
н
н
Из описания алгоритма работы инвертора видно, что ключи КУ1 и КУ2 должны работать в оппозитном режиме. Исключением является режим отключения нагрузки R, при котором устройство управления УУ через ключи управления КУ1 и КУ2 подает на затворы транзисторов VT1-VT4 запирающие потенциалы. В этом случае вследствие высокого сопротивления закрытых транзисторов VT1-VT4 через R будет проходить ток утечки порядка микроампер.
н
Так как MOSFET-транзистор является прибором управляемым напряжением, то амплитуда напряжения в точках А и Б и длительность заданного режима зависит от амплитуды напряжения и длительности импульса, формируемого устройством управления УУ и передаваемого через ключи управления КУ1 и КУ2 на затворы MOSFET-транзисторов VT1-VT4. Это, в отличие от аналога и прототипа, предполагающих использование биполярных транзисторов, которые являются токовыми приборами, легко реализует преимущества цифровых устройств управления УУ, таких как ПЭВМ и микроконтроллеры, что позволяет более точно формировать длительность режима и реализовать сложные алгоритмы управления амплитудой и полярностью напряжения на R (в том числе несимметричные). Кроме того, технические характеристики современных MOSFET-транзисторов, в частности рабочие температуры (до 175°C), низкое сопротивление канала сток-исток в открытом состоянии (миллиомы) и большие рабочие токи (десятки и сотни ампер), позволяют реализовать предлагаемый инвертор в виде простых, компактных и надежных конструкций.