半桥逆变电路的工作原理

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半桥逆变电路的工作原理

图1-1中三极管VT1、VT2组成有源半桥支路,电容C7、C8组成无涯半桥支路,半桥的中点电压为直流电压的一半,即为 ,灯管作为负载与电感L2相串联,跨接在两个半桥中点之间。VT1、VT2是半桥逆变电路中的重要组件,起着功率开关的作用,选择时,奕优先考虑其开关参数。其工作原理是:加上电源后,由直流电压VDC(E)提供的电流经R1对积分电容C5充电,一旦此电压达到并超过触发二极管VDB3的转折电压(约30~40V)后,该二极管击穿导通,并有电流流入VT2的基极,使VT2导通,此时,电流流经的路径为电源VC3→C7→灯丝→C6→灯丝→电感L2→磁环变压器的初级绕组N3→VT2的集电极→地。 VT2集电极电流的增长趋势在磁环变压器的初级绕组N3上产生感应电动势,同时在其次级(N1、N2)也产生感应电动势,其极性是使各绕组上用·表示的同名端为下,从而使VT2的基极电位升高,基极电流、集电流进一步加大,即在电路中产生如下的连锁反应:通过Tr、N3与N2耦合触发电流———→ib2↑———→ic2↑—————————→ vb2↑↑  
这种连锁式的正反馈作用使VT2导通并饱和。顺便指出,在VT2导通后,电容C5的电荷通过二极管VD5和晶体管VT2放电,其电压下降,不再使触发管导通,该支路也不再对VT2基极产生影响。所以,由R1、C5及VDB3提供的触发信号只在电源接通后对VT2起触发作用。在VT1、VT2轮流工作后,其工作频率较高,VT2截止时间很短,在这样短的时间内C5来不及得到充分的充电。而VT2导通后,C5又放电。这样,它上面的电压是一些幅度很小的锯齿波,达不到足以使VDB3导通的电压。因此,一旦电路转换,VT1、VT2轮流导通与截止后,VDB3将不再能导通,对VT2也不起任何作用。在三极管VT2导通后,开始ic2、ib2、vb2均增加,在某一时刻vb2达到一个峰值,ib2也有一个峰值,以后由于磁环导磁率下降,vb2、vN2将随ic2的上升而下降,ib2也下降,由于基区存在大量的少数载流子没有通过集电结被拉走,管子处于饱和状态。随着ic2的增加和磁环导磁率的下降,会出现磁环绕阻上的电压vN2低于vb2的情况,使基极电流反向,ib2变加负值,依靠此一反向电流,使基区多余的电子消失,VT2从饱和状态退出,进入放大状态,一量进入放大状态,电流ic2的下降通过磁环的正反馈使ib2减少,ic2进一步减少,VT2很快地跳变为截止,与此同时,磁环绕阻N1上的电压改变极性,上正下负,延迟了一段时间后VT1有电流产生,磁环变压器中将产生与ic2增加时相反的感应电动势,并形成以下连锁反应。Ic1↑———→vb1↑———→ib1↑———→
结果VT1迅速由截止变为导通。上述过程周而复始地重复下去,VT1、VT2轮流导通与截止,在两个半桥中点之间形成交变的方波电压,其幅度为 (有源半桥中点的电压由E下降到0,以后又由0跳变为E,而无源半桥中点的电压为 )。此交变电压经过启动电容C6,电感L2的串联谐振作用,其电流变为接近正弦,并在C6两端产生了一个很高的电压(其值由电感L2的Q值及电容C6值决定)加到灯管上,从而将灯管启辉点高。如果将灯丝预热(如后面提到的加PTC,或通过电感上的副绕组给灯丝预热)将会使灯触发点高所需的电压降低,灯管很容易启辉。灯被点亮后,灯管可视为一个等效电阻(本书中以RLA表示),其值由稳定的灯管电压与灯管电流之比求得,它对电路的工作频率有很大影响。以后我们会推导出频率与其它参数之间的定量关系。


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