[其他]用于晶体管逆变器功率晶体管的双变压器移相驱动电路

说明书

本发明属于交流和交流、交流和直流、直流和直流、直流和交流之间或类似电力系统的变换技术领域，具体地说就是用于晶体管逆变器功率晶体管的双变压器移相驱动电路。特别适用于晶体管三端交流不间断电源设备和晶体管双电平正弦化脉宽调制逆变器作功率晶体管的双变压器移相驱动电路。

在本发明作出之前，晶体管三端交流不间断电源设备的逆变器和晶体管双电平正弦化脉宽调制逆变器传统的驱动电路为功率级大功率晶体管基极驱动电路，如图1，控制电路D产生一移相和互补的脉冲电压或双电平正弦化脉宽调制电压经R₁或R₂接到前置放大级晶体管BG₁、BG₂的基极，使BG₁、BG₂交替导通，在B₃初级绕组产生矩形波电压，其幅值为2U_d，经B₃降压后再经R₅、R₆限流加至功率级大功率晶体管BG₃、BG₄的基极，使BG₃、BG₄交替导通而完成逆变工作。这种基极驱动电路有以下缺点：

1.由于上述基极驱动电路完全是他激驱动，因此大功率晶体管的基极电流I_B3、I_B4与集电极电流几乎无关，当负载严重过载或短路时，BG₃（或BG₄）集电极电流I_C3（或I_C4）急剧增加，当达到I_C3＝βI_B3时（或I_C4＝βI_B4时，β为BG₃、BG₄共发射极电流放大倍数），I_C3（或I_C4）保持不变，晶体管脱离饱和状态，V_ce增大，这样很容易进入正偏二次击穿而损坏功率级大功率晶体管。

2.大功率晶体管BG₃、BG₄的集电极都接有功率变压器B₂，因此在启动逆变器时的第一个半波中，功率变压器B₂的磁密B从0到正（负）的最大值B_X，其伏秒面积为：

U_d· (T)/2 ＝｜B_X｜·W₂₁·S₂……（1）

（1）式中Ud为直流电压，W₂₁为B₂初级绕组匝数，S₂为B₂铁芯面积。正常工作时，半周 (T)/2 内变压器磁密B从-B_m到+B_m，伏秒面积为：

U_d· (T)/2 ＝2B_m·W₂₁·S₂……（2）

将式（2）代入式（1）得

B_X＝2B_m

在设计变压器时，为降低变压器的重量和体积，一般取B_m为0.75倍左右的饱和磁密，因此基极驱动电路开机后的第一个脉冲若为 (T)/2 ，变压器B₂在第一个半周内的末尾一定进入饱和状态，功率晶体管集电极电流急剧增大，往往造成开机时损坏功率级晶体管，为解决这个问题需用复杂的控制电路产生半波来开机，即使第一个脉冲宽度为 (T)/4 ;或采用高频脉冲开机，开机后再转为正常的50赫或60赫运行。

3.这种驱动电路如果受到外来干扰而失掉一个脉冲，使功率晶体管BG₃（或BG₄）连续导通一周，则也会出现因变压器B₂饱和而导致功率级晶体管集电极电流急剧增大而损坏。

有人试图以双变压器自激振荡变换器驱动电路来解决这些问题，如美国专利US4004209名为《宽范围电源变换器》（WIDE    RANGE    POWER    CONVERSION    SySTEM），但是由于它不具备移相功能而不能应用于晶体管三端交流不间断电源设备和晶体管双电平正弦化脉宽调制逆变器功率级晶体管的驱动。